JP7414389B2

JP7414389B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP7414389B2
Application number: JP2018182406A
Authority: JP
Inventors: しのぶ岡崎
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP2020053288A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、燃料電池を種々の装置の駆動源として利用することに関する技術の開発が進められている。例えば、特許文献１では、燃料電池を車両に搭載する技術が開示されている。燃料電池は、一般に、複数の燃料電池セルを有しており、燃料電池セルには、アノード電極と、カソード電極と、アノード電極及びカソード電極により挟まれる電解質膜とを含む膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）が設けられている。このような燃料電池では、具体的には、アノード電極に燃料ガス（具体的には、水素含有ガス）が供給され、カソード電極に酸化ガス（具体的には、酸素含有ガス）が供給されることによって、膜電極接合体において電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟まれている部分である発電部により発電が行われる。

特開２００３－２８８９２７号公報

ところで、燃料電池に関する分野では、燃料電池の発電効率を向上させることが求められている。例えば、燃料電池を駆動源として走行する車両において、燃料電池の発電効率を向上させることは、航続距離を延長させる観点では重要である。このように、各種装置に燃料電池を利用する際に、有限の燃料ガスを効率よく最大限利用するためには、燃料電池の発電効率を向上させることは非常に重要であると考えられる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃料電池の発電効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された燃料電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、膜電極接合体において電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟まれている部分である複数の発電部が互いに絶縁されて形成されている燃料電池セルが複数積層された積層体を有する燃料電池と、前記燃料電池の発電を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池セルにおいて互いに絶縁されている前記複数の発電部の各々は、複数の前記燃料電池セルに亘ってそれぞれ直列に接続されており、前記燃料電池セルにおいて互いに絶縁されている前記複数の発電部は、互いに並列に負荷と接続されており、かつ互いに異なる面積を有しており、前記制御装置は、前記燃料電池の非暖機時に、前記燃料電池の電流密度が目標範囲内の値になるように、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を、前記複数の発電部のうちの全ての前記発電部と、一部の前記発電部とに切り替え、前記燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の電流密度が大きくなることを優先して、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替え、前記複数の発電部のうち面積が最小の前記発電部のみに発電を行わせる、燃料電池システムが提供される。

前記目標範囲は、前記燃料電池の発電効率が基準効率より高くなるような電流密度の範囲であってもよい。

前記制御装置は、前記燃料電池の非暖機時に、前記燃料電池の発電電流の要求値に基づいて、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替えてもよい。

前記負荷は、車両の駆動輪を駆動するための動力を出力可能なモータを含み、前記制御装置は、前記燃料電池の非暖機時に、前記車両の走行に関するパラメータに基づいて、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替えてもよい。

前記パラメータは、前記車両の車速又は走行路の勾配を含んでもよい。

以上説明したように本発明によれば、燃料電池の発電効率を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。同実施形態に係る燃料電池セルを示す部分断面図である。同実施形態に係る膜電極接合体を示す斜視図である。同実施形態に係るカソード側セパレータを膜電極接合体側から見た図である。同実施形態に係るアノード側セパレータを膜電極接合体側から見た図である。同実施形態に係る各発電部の電気的な接続関係を示す図である。同実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。燃料電池における電流密度と発電効率との関係性を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．燃料電池システムの構成＞
図１～図７を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。

燃料電池システム１は、燃料電池１０を備えるシステムであり、車両に搭載され、燃料電池１０を当該車両の駆動源として利用するものである。なお、燃料電池システム１は、あくまでも燃料電池１０を備えるシステムの例であり、車両以外の装置に搭載されてもよい。

［全体構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム１の全体構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、当該燃料電池１０の発電を制御する制御装置５０とを備える。さらに、燃料電池システム１は、ＤＣＤＣコンバータ２０と、インバータ３０と、モータ４０とを備える。

燃料電池システム１では、燃料電池１０、ＤＣＤＣコンバータ２０、インバータ３０及びモータ４０がこの順に接続されており、燃料電池１０により発電される電力である発電電力がＤＣＤＣコンバータ２０及びインバータ３０を介してモータ４０に供給される。ＤＣＤＣコンバータ２０、インバータ３０及びモータ４０は、後述するように、燃料電池１０の燃料電池セル１００における発電部と接続されている本発明に係る負荷の一例に相当する。

燃料電池１０は、燃料ガス（具体的には、水素含有ガス）と酸化ガス（具体的には、酸素含有ガス）とを反応させることにより発電する電池である。後述するように、燃料電池１０は燃料電池セルを有しており、当該燃料電池セルでは、膜電極接合体において発電が行われる部分（具体的には、電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟まれている部分）である複数の発電部が互いに絶縁されて形成されている。なお、燃料電池１０の構成の詳細については、後述する。

ＤＣＤＣコンバータ２０は、燃料電池１０の発電電力を昇圧してインバータ３０に供給する電力変換装置である。ＤＣＤＣコンバータ２０は、いわゆるチョッパ方式の回路を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、ＤＣＤＣコンバータ２０による電力変換が制御される。

インバータ３０は、ＤＣＤＣコンバータ２０から送られる直流電力を交流電力に変換してモータ４０に供給する電力変換装置である。インバータ３０は、例えば、多相ブリッジ回路（例えば、三相ブリッジ回路）を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、インバータ３０による電力変換が制御される。

モータ４０は、車両の駆動輪９を駆動させるための動力を出力可能なモータである。具体的には、モータ４０は、ＤＣＤＣコンバータ２０及びインバータ３０を介して供給される燃料電池１０の発電電力を用いて動力を生成する。モータ４０としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。

制御装置５０は、演算処理装置であるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等で構成される。

制御装置５０は、燃料電池システム１における各装置の動作を制御する。具体的には、制御装置５０は、制御対象である各装置に対して電気信号を用いて動作指示を出力することによって、各装置の動作を制御する。また、制御装置５０は、各装置（例えば、車両に設けられる図示しないセンサ及び他の制御装置等）から出力された情報を受信する。制御装置５０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。なお、制御装置５０が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。また、制御装置５０は、下記で説明する以外の他の機能を追加的に有していてもよい。

本実施形態では、制御装置５０は、燃料電池１０の発電を制御する。具体的には、制御装置５０は、ＤＣＤＣコンバータ２０及びインバータ３０の動作を制御することによって、ＤＣＤＣコンバータ２０及びインバータ３０による電力変換を制御する。それにより、燃料電池１０の発電電流が制御され、ひいては燃料電池１０の発電電力が制御される。制御装置５０は、具体的には、燃料電池１０の発電電流を発電電流の要求値に一致させるように制御する。

また、本実施形態では、制御装置５０は、燃料電池１０とＤＣＤＣコンバータ２０との間に設けられる後述する各スイッチの動作を制御することによって、燃料電池１０の燃料電池セルにおいて発電を行わせる発電部を切り替える。

［燃料電池の構成］
次に、図２～図７を参照して、本実施形態に係る燃料電池１０の詳細な構成について説明する。

図２は、本実施形態に係る燃料電池１０を示す斜視図である。なお、本明細書で参照する各図面は、燃料電池セル１００の積層方向をＸ方向（以下、積層方向Ｘとも呼ぶ）とし、積層方向Ｘと交差する方向（具体的には、直交する方向）をＹ方向（以下、幅方向Ｙとも呼ぶ）とし、Ｘ方向及びＹ方向と交差する方向（具体的には、直交する方向）をＺ方向（以下、長手方向Ｚとも呼ぶ）として示されている。

図２に示すように、燃料電池１０は、複数の燃料電池セル１００が積層されている燃料電池スタック１１と、一対の集電プレート１２，１２と、一対のエンドプレート１３，１３とを有する。

燃料電池スタック１１は、略矩形平板形状の複数の燃料電池セル１００が積層されることにより形成される積層体に相当し、略角柱形状を有する。なお、燃料電池セル１００の構成の詳細については、後述する。

一対の集電プレート１２，１２は、燃料電池スタック１１の積層方向Ｘの両側に配置されている。各集電プレート１２は、燃料電池スタック１１における積層方向Ｘの端部に位置する燃料電池セル１００と接しており、電気的に接続されている。

一対のエンドプレート１３，１３は、集電プレート１２，１２の積層方向Ｘの外側に配置されている。燃料電池スタック１１及び集電プレート１２，１２は、エンドプレート１３，１３によって積層方向Ｘに挟持されている。一方のエンドプレート１３における長手方向Ｚの一側（図２におけるＺ方向の負方向側）には、酸化ガス供給ポート３１、冷媒供給ポート３３及び燃料ガス供給ポート３２が、幅方向Ｙの一側（図２におけるＹ方向の正方向側）からこの順に並設されている。また、当該一方のエンドプレート１３における長手方向Ｚの他側には、酸化ガス排出ポート４１、冷媒排出ポート４３及び燃料ガス排出ポート４２が、幅方向Ｙの一側からこの順に並設されている。

酸化ガスが、酸化ガス供給ポート３１から燃料電池スタック１１内に供給され、酸化ガス排出ポート４１から排出される。また、燃料ガスが、燃料ガス供給ポート３２から燃料電池スタック１１内に供給され、燃料ガス排出ポート４２から排出される。また、冷媒（具体的には、冷却水）が、冷媒供給ポート３３から燃料電池スタック１１内に供給され、冷媒排出ポート４３から排出される。

本実施形態に係る燃料電池１０は、図２において太線一点鎖線により示されるように、積層方向Ｘと交差する方向に互いに絶縁された第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３に区画されている。ゆえに、燃料電池１０の燃料電池スタック１１、集電プレート１２及びエンドプレート１３の各々において、各領域内の部分は、互いに絶縁されている。具体的には、燃料電池１０における長手方向Ｚの一側（図２におけるＺ方向の負方向側）の領域が第３領域Ｒ３に相当し、燃料電池１０における長手方向Ｚの他側の領域のうち幅方向Ｙの一側（図２におけるＹ方向の正方向側）の領域が第２領域Ｒ２に相当し、燃料電池１０における長手方向Ｚの他側の領域のうち幅方向Ｙの他側の領域が第１領域Ｒ１に相当する。

各集電プレート１２の第１領域Ｒ１内の部分の外周部には、端子２１が外側に張り出して設けられている。一対の端子２１，２１は、燃料電池セル１００における第１領域Ｒ１内の発電部である後述する第１発電部と接続されている。また、各集電プレート１２の第２領域Ｒ２内の部分の外周部には、端子２２が外側に張り出して設けられている。一対の端子２２，２２は、燃料電池セル１００における第２領域Ｒ２内の発電部である後述する第２発電部と接続されている。また、各集電プレート１２の第３領域Ｒ３内の部分の外周部には、端子２３が外側に張り出して設けられている。一対の端子２３，２３は、燃料電池セル１００における第３領域Ｒ３内の発電部である後述する第３発電部と接続されている。これらの端子は、ＤＣＤＣコンバータ２０と電力線を介して接続されている。

ここで、図３～図６を参照して、燃料電池セル１００の詳細な構成について説明する。

図３は、本実施形態に係る燃料電池セル１００を示す部分断面図である。具体的には、図３に示される断面は、膜電極接合体１１０において電解質膜１１１がアノード電極１１２及びカソード電極１１３により挟まれている発電部５を通り長手方向Ｚに直交する断面である。

図３に示すように、燃料電池セル１００は、膜電極接合体１１０と、アノード側セパレータ１２０と、カソード側セパレータ１３０とを含む。

膜電極接合体１１０は、電解質膜１１１と、アノード電極１１２と、カソード電極１１３とを含む。

電解質膜１１１は、水素イオンを通過させる性質を有する膜である。アノード電極１１２及びカソード電極１１３は、電解質膜１１１を挟んで対向して配置されており、例えば、白金又は白金を含有する合金がカーボン粒子上に担持されている触媒層を有する。膜電極接合体１１０において電解質膜１１１がアノード電極１１２及びカソード電極１１３により挟まれている部分が発電部５に相当し、当該発電部５において発電が行われる。アノード電極１１２は、発電時に電子を失う側の電極であり、カソード電極１１３は、発電時に電子を得る側の電極である。

アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０は、膜電極接合体１１０を挟んで対向して配置されており、例えば、カーボン又は金属材料等の導電性を有する材料によって主に形成されている。アノード側セパレータ１２０におけるアノード電極１１２と接する面には、アノード電極１１２に供給される燃料ガスが流れる溝状の燃料ガス供給流路１２１が形成されている。カソード側セパレータ１３０におけるカソード電極１１３と接する面には、カソード電極１１３に供給される酸化ガスが流れる溝状の酸化ガス供給流路１３１が形成されている。

なお、膜電極接合体１１０には、互いに絶縁されている複数の発電部５が形成されており、燃料ガス供給流路１２１及び酸化ガス供給流路１３１を流れるガスは当該複数の発電部５に供給されるようになっている。このように、燃料電池セル１００は、複数の発電部５に供給されるガスが流れるガス供給流路を有している。

以下、図４～図６を参照して、膜電極接合体１１０、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０のさらに詳細な構成について説明する。

図４は、本実施形態に係る膜電極接合体１１０を示す斜視図である。

上述したように、燃料電池セル１００では、膜電極接合体１１０において電解質膜１１１がアノード電極１１２及びカソード電極１１３により挟まれている部分である複数の発電部５が互いに絶縁されて形成されている。具体的には、図４に示すように、膜電極接合体１１０には、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃが互いに絶縁されて形成されている。

第１発電部５ａは、電解質膜１１１における第１領域Ｒ１内の部分に相当する長手方向Ｚの一側（図４におけるＺ方向の負方向側）の部分と、当該部分を挟んで対向して配置されている第１アノード電極１１２ａ及び第１カソード電極１１３ａとを含む。また、第２発電部５ｂは、電解質膜１１１における第２領域Ｒ２内の部分に相当する長手方向Ｚの他側かつ幅方向Ｙの一側（図４におけるＹ方向の正方向側）の部分と、当該部分を挟んで対向して配置されている第２アノード電極１１２ｂ及び第２カソード電極１１３ｂとを含む。また、第３発電部５ｃは、電解質膜１１１における第３領域Ｒ３内の部分に相当する長手方向Ｚの他側かつ幅方向Ｙの他側の部分と、当該部分を挟んで対向して配置されている第３アノード電極１１２ｃ及び第３カソード電極１１３ｃとを含む。

第１アノード電極１１２ａ、第２アノード電極１１２ｂ及び第３アノード電極１１２ｃは、電解質膜１１１に対して同じ側（具体的には、図４におけるＸ方向の負方向側）に位置しており、互いに離隔して配置されている。また、第１カソード電極１１３ａ、第２カソード電極１１３ｂ及び第３カソード電極１１３ｃは、電解質膜１１１に対して第１アノード電極１１２ａ、第２アノード電極１１２ｂ及び第３アノード電極１１２ｃと逆側（具体的には、図４におけるＸ方向の正方向側）に位置しており、互いに離隔して配置されている。それにより、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃが互いに絶縁される。

本実施形態に係る膜電極接合体１１０では、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃは、互いに異なる面積を有している。具体的には、各発電部５の面積は、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃの順に大きくなっている。このように、燃料電池セル１００において互いに絶縁されている複数の発電部５のうちの少なくとも２つの発電部５は、互いに異なる面積を有することが好ましい。

膜電極接合体１１０における長手方向Ｚの一側（図４におけるＺ方向の負方向側）には、酸化ガス供給口３１１、冷媒供給口３１３及び燃料ガス供給口３１２が、幅方向Ｙの一側（図４におけるＹ方向の正方向側）からこの順に並設されている。また、膜電極接合体１１０における長手方向Ｚの他側には、酸化ガス排出口４１１、冷媒排出口４１３及び燃料ガス排出口４１２が、幅方向Ｙの一側からこの順に並設されている。膜電極接合体１１０において、上記の各供給口及び各排出口は、積層方向Ｘに貫通して形成されている。

酸化ガス供給口３１１は、後述するカソード側セパレータ１３０の酸化ガス供給口３３１及びアノード側セパレータ１２０の酸化ガス供給口３２１と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、酸化ガス供給ポート３１と連通している。また、冷媒供給口３１３は、後述するカソード側セパレータ１３０の冷媒供給口３３３及びアノード側セパレータ１２０の冷媒供給口３２３と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、冷媒供給ポート３３と連通している。また、燃料ガス供給口３１２は、後述するカソード側セパレータ１３０の燃料ガス供給口３３２及びアノード側セパレータ１２０の燃料ガス供給口３２２と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、燃料ガス供給ポート３２と連通している。

酸化ガス排出口４１１は、後述するカソード側セパレータ１３０の酸化ガス排出口４３１及びアノード側セパレータ１２０の酸化ガス排出口４２１と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、酸化ガス排出ポート４１と連通している。また、冷媒排出口４１３は、後述するカソード側セパレータ１３０の冷媒排出口４３３及びアノード側セパレータ１２０の冷媒排出口４２３と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、冷媒排出ポート４３と連通している。また、燃料ガス排出口４１２は、後述するカソード側セパレータ１３０の燃料ガス排出口４３２及びアノード側セパレータ１２０の燃料ガス排出口４２２と接続され、燃料電池スタック１１内で積層方向Ｘに延在する空間を形成し、当該空間は、燃料ガス排出ポート４２と連通している。

図５は、本実施形態に係るカソード側セパレータ１３０を膜電極接合体１１０側から見た図である。

上述したように、カソード側セパレータ１３０におけるカソード電極１１３と接する面には、カソード電極１１３に供給される酸化ガスが流れる溝状の酸化ガス供給流路１３１が形成されている。具体的には、図５に示すように、カソード側セパレータ１３０において、複数の酸化ガス供給流路１３１が、幅方向Ｙに間隔を空けて長手方向Ｚに延設されている。

カソード側セパレータ１３０における長手方向Ｚの一側（図５におけるＺ方向の負方向側）には、酸化ガス供給口３３１、冷媒供給口３３３及び燃料ガス供給口３３２が、幅方向Ｙの一側（図５におけるＹ方向の正方向側）からこの順に並設されている。また、カソード側セパレータ１３０における長手方向Ｚの他側には、酸化ガス排出口４３１、冷媒排出口４３３及び燃料ガス排出口４３２が、幅方向Ｙの一側からこの順に並設されている。カソード側セパレータ１３０において、上記の各供給口及び各排出口は、積層方向Ｘに貫通して形成されている。

カソード側セパレータ１３０では、酸化ガス供給口３３１及び酸化ガス排出口４３１は、複数の酸化ガス供給流路１３１と接続されている。ゆえに、酸化ガス供給ポート３１から燃料電池スタック１１内に供給される酸化ガスは、酸化ガス供給口３３１から複数の酸化ガス供給流路１３１に供給され、当該複数の酸化ガス供給流路１３１を通った後、酸化ガス排出口４３１から酸化ガス排出ポート４１へ送られて排出される。ゆえに、酸化ガス供給流路１３１内の酸化ガスの流れ方向は、長手方向Ｚの正方向となる。

カソード側セパレータ１３０には絶縁部２０３が形成されており、カソード側セパレータ１３０における第１発電部５ａと対向する部分、第２発電部５ｂと対向する部分及び第３発電部５ｃと対向する部分は、絶縁部２０３によって互いに離隔され、絶縁されている。絶縁部２０３は、絶縁性を有しており、カソード側セパレータ１３０における絶縁部２０３以外の部分が導電性を有している。具体的には、絶縁部２０３は、カソード側セパレータ１３０における幅方向Ｙの一端から他端に亘って延在する部分と、当該部分から長手方向Ｚの一側（具体的には、図５におけるＺ方向の正方向側）に延びる部分とを有している。なお、酸化ガス供給流路１３１は、カソード側セパレータ１３０における第１発電部５ａと対向する部分、第２発電部５ｂと対向する部分及び第３発電部５ｃと対向する部分の各部分を通過するように形成されているので、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃの各発電部５に酸化ガスを供給することができる。

上記のカソード側セパレータ１３０は、例えば、外周部に櫛歯状等の凹凸部が形成された複数の導電材を用意し、このような各導電材の凹凸部どうしを絶縁材を介して噛合わせることによって製造される。それにより、カソード側セパレータ１３０の強度を確保しつつ、カソード側セパレータ１３０を製造することができる。この場合、導電材は少なくとも３つ用いられ、導電材間に介在する絶縁材が絶縁部２０３に相当する。

図６は、本実施形態に係るアノード側セパレータ１２０を膜電極接合体１１０側から見た図である。

上述したように、アノード側セパレータ１２０におけるアノード電極１１２と接する面には、アノード電極１１２に供給される燃料ガスが流れる溝状の燃料ガス供給流路１２１が形成されている。具体的には、図６に示すように、アノード側セパレータ１２０において、複数の燃料ガス供給流路１２１が、幅方向Ｙに間隔を空けて長手方向Ｚに延設されている。

アノード側セパレータ１２０における長手方向Ｚの一側（図６におけるＺ方向の負方向側）には、酸化ガス供給口３２１、冷媒供給口３２３及び燃料ガス供給口３２２が、幅方向Ｙの一側（図６におけるＹ方向の正方向側）からこの順に並設されている。また、アノード側セパレータ１２０における長手方向Ｚの他側には、酸化ガス排出口４２１、冷媒排出口４２３及び燃料ガス排出口４２２が、幅方向Ｙの一側からこの順に並設されている。アノード側セパレータ１２０において、上記の各供給口及び各排出口は、積層方向Ｘに貫通して形成されている。

アノード側セパレータ１２０では、燃料ガス供給口３２２及び燃料ガス排出口４２２は、複数の燃料ガス供給流路１２１と接続されている。ゆえに、燃料ガス供給ポート３２から燃料電池スタック１１内に供給される酸化ガスは、燃料ガス供給口３２２から複数の燃料ガス供給流路１２１に供給され、当該複数の燃料ガス供給流路１２１を通った後、燃料ガス排出口４２２から燃料ガス排出ポート４２へ送られて排出される。ゆえに、燃料ガス供給流路１２１内の燃料ガスの流れ方向は、長手方向Ｚの正方向となる。

アノード側セパレータ１２０には絶縁部２０２が形成されており、アノード側セパレータ１２０における第１発電部５ａと対向する部分、第２発電部５ｂと対向する部分及び第３発電部５ｃと対向する部分は、絶縁部２０２によって互いに離隔され、絶縁されている。絶縁部２０２は、絶縁性を有しており、アノード側セパレータ１２０における絶縁部２０２以外の部分が導電性を有している。具体的には、絶縁部２０２は、アノード側セパレータ１２０における幅方向Ｙの一端から他端に亘って延在する部分と、当該部分から長手方向Ｚの一側（具体的には、図６におけるＺ方向の正方向側）に延びる部分とを有している。なお、燃料ガス供給流路１２１は、アノード側セパレータ１２０における第１発電部５ａと対向する部分、第２発電部５ｂと対向する部分及び第３発電部５ｃと対向する部分の各部分を通過するように形成されているので、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃの各発電部５に燃料ガスを供給することができる。

上記のアノード側セパレータ１２０は、例えば、外周部に櫛歯状等の凹凸部が形成された複数の導電材を用意し、このような各導電材の凹凸部どうしを絶縁材を介して噛合わせることによって製造される。それにより、アノード側セパレータ１２０の強度を確保しつつ、アノード側セパレータ１２０を製造することができる。この場合、導電材は少なくとも３つ用いられ、導電材間に介在する絶縁材が絶縁部２０２に相当する。

なお、燃料電池セル１００には、冷媒が流れる冷媒流路が形成されており、冷媒供給ポート３３から燃料電池スタック１１内に供給される冷媒は、当該冷媒流路を通って、冷媒排出ポート４３から排出される。例えば、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０にそれぞれ冷媒流路が形成されており、アノード側セパレータ１２０に形成されている冷媒流路はアノード側セパレータ１２０の冷媒供給口３２３及び冷媒排出口４２３と接続されており、カソード側セパレータ１３０に形成されている冷媒流路はカソード側セパレータ１３０の冷媒供給口３３３及び冷媒排出口４３３と接続されている。

図７は、本実施形態に係る各発電部５の電気的な接続関係を示す図である。

燃料電池１０の燃料電池スタック１１では、上述した燃料電池セル１００が積層されることによって、図７に示すように、各燃料電池セル１００の第１発電部５ａは互いに直列に接続される。そして、直列に接続された複数の第１発電部５ａにおける両端の第１発電部５ａが、それぞれ端子２１と接続されている。また、各燃料電池セル１００の第２発電部５ｂは互いに直列に接続され、両端の第２発電部５ｂがそれぞれ端子２２と接続されている。また、各燃料電池セル１００の第３発電部５ｃは互いに直列に接続され、両端の第３発電部５ｃがそれぞれ端子２３と接続されている。

そして、端子２１，２１、端子２２，２２及び端子２３，２３が、それぞれにＤＣＤＣコンバータ２０と電力線を介して接続されている。それにより、燃料電池セル１００において互いに絶縁されている第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃが互いに並列にＤＣＤＣコンバータ２０と接続される。

ここで、燃料電池１０とＤＣＤＣコンバータ２０との間には、スイッチ７ａ、スイッチ７ｂ及びスイッチ７ｃが設けられている。スイッチ７ａは、第１発電部５ａとＤＣＤＣコンバータ２０との電気的な接続を断接するスイッチであり、例えば、一方の端子２１とＤＣＤＣコンバータ２０とを接続する電力線上に設けられる。また、スイッチ７ｂは、第２発電部５ｂとＤＣＤＣコンバータ２０との電気的な接続を断接するスイッチであり、例えば、一方の端子２２とＤＣＤＣコンバータ２０とを接続する電力線上に設けられる。また、スイッチ７ｃは、第３発電部５ｃとＤＣＤＣコンバータ２０との電気的な接続を断接するスイッチであり、例えば、一方の端子２３とＤＣＤＣコンバータ２０とを接続する電力線上に設けられる。

スイッチ７ａ、スイッチ７ｂ及びスイッチ７ｃの開閉動作は、制御装置５０によって制御される。ゆえに、制御装置５０は、上記の各スイッチの動作を制御することによって、燃料電池セル１００においてＤＣＤＣコンバータ２０と電気的に接続される発電部５を切り替えることができる。それにより、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることができる。なお、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流の各発電部５への配分を、例えばＤＣＤＣコンバータ２０の動作を制御することによって、各発電部５の間で電流密度（換言すると、単位面積あたりの発電電流）が略一致するように制御する。

本実施形態に係る制御装置５０は、具体的には、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替える。それにより、燃料電池１０の発電効率を向上させることが実現される。このような制御装置５０が行う制御については、後述にて詳細に説明する。

＜２．燃料電池システムの動作＞
続いて、図８及び図９を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の動作について説明する。

図８は、本実施形態に係る制御装置５０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図８に示される制御フローは、例えば、予め設定されている設定時間間隔で繰り返される。

図８に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５０１において、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流の要求値を算出する。

具体的には、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流の要求値に関するパラメータに基づいて、燃料電池１０の発電電流の要求値を算出する。燃料電池１０の発電電流の要求値に関するパラメータとしては、例えば、駆動輪９に伝達される動力（以下、駆動力とも呼ぶ）の要求値又はモータ４０に供給される電流の要求値等が適用され得る。例えば、当該パラメータとしての上記の各要求値が制御装置５０と異なる他の制御装置により算出される場合、当該他の制御装置から制御装置５０に当該各要求値の算出結果が送信されることによって、制御装置５０は当該各要求値を取得することができる。制御装置５０は、例えば、駆動輪９に伝達される動力の要求値に基づいて、モータ４０に供給される電流の要求値を算出し、当該電流の要求値の算出結果に基づいて、燃料電池１０の発電電流の要求値を算出する。

次に、ステップＳ５０３において、制御装置５０は、現時刻が燃料電池１０の暖機を行う暖機時であるか否かを判定する。現時刻が燃料電池１０の暖機時であると判定されなかった場合（ステップＳ５０３／ＮＯ）、ステップＳ５０５へ進む。一方、現時刻が燃料電池１０の暖機時であると判定された場合（ステップＳ５０３／ＹＥＳ）、ステップＳ５０７へ進む。

例えば、制御装置５０は、燃料電池１０の温度が基準温度より低いと判定した場合に、現時刻が燃料電池１０の暖機を行う暖機時であると判定する。当該基準温度は、燃料電池１０の暖機を行う必要があるか否かを適切に判断し得る温度に設定される。具体的には、制御装置５０は、燃料電池１０の温度を示す指標に基づいて燃料電池１０の温度が基準温度より低いか否かを判定し、当該指標としては、例えば、燃料電池１０の温度の検出値又は燃料電池スタック１１に供給される冷媒の温度の検出値等が適用され得る。例えば、燃料電池１０又は冷媒の温度を検出するセンサが車両に設けられ、当該センサから制御装置５０に検出結果が送信されることによって、制御装置５０は上記の各検出値を取得することができる。

ステップＳ５０３でＮＯと判定された場合、ステップＳ５０５において、制御装置５０は、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、発電を行わせる発電部５を切り替える。上記の目標範囲は、具体的には、燃料電池１０の発電効率が基準効率より高くなるような電流密度の範囲である。なお、上記の基準効率は、燃料電池１０の発電効率を適切に向上させ得るように、適宜設定される値である。

図９は、燃料電池１０における電流密度と発電効率との関係性を示す図である。図９に示すように、燃料電池１０の発電効率は、電流密度が大きくなるにつれて、上昇した後に緩やかに降下する特性を有する。図９では、燃料電池１０の発電効率が基準効率より高くなるような電流密度の範囲である目標範囲が示されている。

制御装置５０は、例えば、燃料電池１０の発電電流の要求値に基づいて、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替える。

上述したように、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流を発電電流の要求値に一致させるように制御する。ゆえに、燃料電池１０の電流密度は、発電電流の要求値を各燃料電池セル１００における発電が行われる発電部５の総面積（以下、発電部総面積とも呼ぶ）により除して得られる値となる。よって、発電電流の要求値が大きいほど、燃料電池１０の電流密度は大きくなる。また、発電部総面積が小さいほど、燃料電池１０の電流密度は大きくなる。

ここで、駆動力の要求値が比較的大きく、発電電流の要求値が比較的大きいときに、第１発電部５ａのみに発電を行わせた場合（つまり、発電部総面積が比較的小さい場合）、燃料電池１０の電流密度は、過剰に大きくなり目標範囲を外れ得る。このようなときに、制御装置５０は、第１発電部５ａのみに発電を行わせた場合よりも発電部総面積が大きくなるように燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

例えば、目標電流密度が０．２～０．８［Ａ／ｃｍ^２］であり、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃの面積がそれぞれ２０［ｃｍ^２］、４０［ｃｍ^２］及び８０［ｃｍ^２］であるとする。この場合、発電電流の要求値が１００［Ａ］であるときに、制御装置５０は、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃに切り替える。それにより、発電部総面積は１４０［ｃｍ^２］となり、燃料電池１０の電流密度は略０．７［Ａ／ｃｍ^２］となるので、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

また、駆動力の要求値が比較的小さく、発電電流の要求値が比較的小さいときに、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃに発電を行わせた場合（つまり、発電部総面積が比較的大きい場合）、燃料電池１０の電流密度は、過剰に小さくなり目標範囲を外れ得る。このようなときに、制御装置５０は、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃに発電を行わせた場合よりも発電部総面積が小さくなるように燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

例えば、上記と同様に、目標電流密度が０．２～０．８［Ａ／ｃｍ^２］であり、第１発電部５ａ、第２発電部５ｂ及び第３発電部５ｃの面積がそれぞれ２０［ｃｍ^２］、４０［ｃｍ^２］及び８０［ｃｍ^２］であるとする。この場合、発電電流の要求値が１０［Ａ］であるときに、制御装置５０は、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を第１発電部５ａのみに切り替える。それにより、発電部総面積は２０［ｃｍ^２］となり、燃料電池１０の電流密度は０．５［Ａ／ｃｍ^２］となるので、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

なお、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流の要求値と異なるパラメータに基づいて、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えてもよい。例えば、制御装置５０は、燃料電池システム１が搭載される車両の走行に関するパラメータに基づいて、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えてもよい。車両の走行に関するパラメータは、例えば、燃料電池システム１が搭載される車両の車速又は走行路の勾配を含む。

例えば、制御装置５０は、燃料電池システム１が搭載される車両の車速に基づいて、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、発電を行わせる発電部５を切り替える。この場合、例えば、燃料電池システム１が搭載される車両の車速を検出するセンサが当該車両に設けられ、当該センサから制御装置５０に検出結果が送信されることによって、制御装置５０は車速を示す情報を取得することができる。

ここで、車速が高いとき、車速が低いときと比較して、駆動力の要求値が大きくなり、発電電流の要求値が大きくなる傾向がある。ゆえに、制御装置５０は、車速を発電電流の要求値の指標として用いることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。具体的には、制御装置５０は、車速が高いほど、発電部総面積が大きくなるように燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

また、例えば、制御装置５０は、燃料電池システム１が搭載される車両の走行路の勾配に基づいて、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、発電を行わせる発電部５を切り替える。この場合、例えば、走行路の勾配を検出するセンサが当該車両に設けられ、当該センサから制御装置５０に検出結果が送信されることによって、制御装置５０は走行路の勾配を示す情報を取得することができる。なお、制御装置５０は車両に設けられる加速度センサにより検出される車両の加速度に基づいて走行路の勾配を算出してもよい。

ここで、走行路の勾配は、上り坂の場合に正の値をとり、下り坂の場合に負の値をとるものとする。この場合、走行路の勾配が大きいとき、走行路の勾配が小さいときと比較して、駆動力の要求値が大きくなり、発電電流の要求値が大きくなる傾向がある。ゆえに、制御装置５０は、走行路の勾配を発電電流の要求値の指標として用いることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。具体的には、制御装置５０は、走行路の勾配が大きいほど、発電部総面積が大きくなるように燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができる。

ステップＳ５０３でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ５０７において、制御装置５０は、発電を行わせる発電部５を第１発電部５ａのみに切り替える。

上述したように、発電部総面積が小さいほど、燃料電池１０の電流密度は大きくなる。ここで、発電を行わせる発電部５を第１発電部５ａのみに切り替える場合は、発電部総面積が最小となる場合に相当する。ゆえに、発電を行わせる発電部５の切り替え方として他の切り替え方を適用した場合と比較して、燃料電池１０の電流密度を大きくすることができる。それにより、燃料電池１０において発電が行われることにより生じる発熱量を大きくすることができる。このように、制御装置５０は、燃料電池１０の暖機を促進させる観点では、燃料電池１０の暖機時に、燃料電池１０の電流密度が大きくなることを優先して、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることが好ましい。

ステップＳ５０５又はステップＳ５０７の次に、ステップＳ５０９において、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流を発電電流の要求値に一致させるように制御する。

次に、図８に示される制御フローは終了する。

＜３．燃料電池システムの効果＞
続いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の効果について説明する。

本実施形態に係る燃料電池システム１では、燃料電池セル１００において複数の発電部５が互いに絶縁されて形成されており、当該複数の発電部５は、互いに並列に負荷と接続されている。また、制御装置５０は、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替える。それにより、燃料電池１０の発電電流の要求値の変動に起因して燃料電池１０の電流密度が過剰に大きくなったり過剰に小さくなったりすることを抑制することができる。ゆえに、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。それにより、例えば、燃料電池１０を駆動源として走行する車両の航続距離を延長させることができる。

上述したように、燃料電池システム１では、燃料電池セル１００において互いに絶縁されて形成されている複数の発電部５が互いに並列に負荷と接続されている。ここで、燃料電池の電流密度を変化させる他の方法として、例えば各燃料電池セルに発電部が１つのみ形成されている複数の燃料電池を互いに並列に負荷と接続し、発電を行わせる燃料電池を切り替える方法が考えられる。しかしながら、この方法では、燃料電池システム１と比較して、設けられる燃料電池の数に応じて燃料ガス、酸化ガス及び冷媒を燃料電池スタックに供給するための供給路を形成する部分の数が増加してしまうので、燃料電池システム全体が大型化し、燃料電池システムの重量が増大してしまう。一方、燃料電池システム１では、燃料電池セル１００において互いに絶縁されて形成されている複数の発電部５が互いに並列に負荷と接続されているので、燃料電池システム１を小型化及び軽量化しつつ、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、上記の目標範囲は、燃料電池１０の発電効率が基準効率より高くなるような電流密度の範囲であることが好ましい。それにより、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって、燃料電池１０の発電効率をより適切に向上させることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、燃料電池セル１００において互いに絶縁されている複数の発電部５のうちの少なくとも２つの発電部５は、互いに異なる面積を有することが好ましい。それにより、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることによって実現可能な発電部総面積の種類を、燃料電池セル１００において互いに絶縁されている複数の発電部５が互いに同一の面積を有する場合と比較して、増加させることができる。ゆえに、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５の切り替えによって、燃料電池１０の電流密度を適切に目標範囲内の値にすることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、制御装置５０は、燃料電池１０の発電電流の要求値に基づいて、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることが好ましい。それにより、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５の切り替えによって、燃料電池１０の電流密度をより適切に目標範囲内の値にすることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、負荷は、車両の駆動輪９を駆動するための動力を出力可能なモータ４０を含み、制御装置５０は、車両の走行に関するパラメータに基づいて、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることが好ましい。それにより、上記パラメータを発電電流の要求値の指標として用いて、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を適切に切り替えることができる。ゆえに、燃料電池１０の電流密度をより適切に目標範囲内の値にすることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、車両の走行に関するパラメータは、車両の車速又は走行路の勾配を含むことが好ましい。それにより、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を車両の車速又は走行路の勾配に基づいて適切に切り替えることができる。ゆえに、燃料電池１０の電流密度をより適切に目標範囲内の値にすることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、制御装置５０は、燃料電池１０の暖機時に、燃料電池１０の電流密度が大きくなることを優先して、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替えることが好ましい。それにより、燃料電池１０の暖機時に、燃料電池１０において発電が行われることにより生じる発熱量を大きくすることができる。ゆえに、暖機を促進させることができる。

＜４．むすび＞
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム１では、燃料電池セル１００において複数の発電部５が互いに絶縁されて形成されており、当該複数の発電部５は、互いに並列に負荷と接続されている。また、制御装置５０は、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、燃料電池セル１００において発電を行わせる発電部５を切り替える。それにより、燃料電池１０の電流密度を目標範囲内の値にすることができるので、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記では、図１を参照して、燃料電池システム１の全体構成について説明したが、本発明に係る燃料電池システムの構成はこのような例に限定されない。例えば、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池システム１の構成から一部の構成要素が省略された燃料電池システムであってもよく、燃料電池システム１の構成に追加的な構成要素（例えば、モータ４０に供給される電力を蓄電するバッテリ）が付加された燃料電池システムであってもよい。

また、例えば、図２を参照して、燃料電池１０の構成について説明したが、本発明に係る燃料電池の構成はこのような例に限定されない。

例えば、本発明に係る燃料電池において、積層される燃料電池セル１００の数は燃料電池１０と異なっていてもよい。また、本発明に係る燃料電池において、燃料電池セル１００の膜電極接合体１１０における発電部の数及び配置は燃料電池１０と異なっていてもよい。その場合においても、上述した例と同様に、アノード側セパレータ１２０及びカソード側セパレータ１３０の各セパレータにおいて、膜電極接合体１１０の各発電部と対向する部分が互いに絶縁されるように絶縁部が形成される。それにより、燃料電池１０において積層方向Ｘと交差する方向に互いに絶縁された領域の数及び配置は、発電部の数及び配置と対応して変化し得る。

また、本発明に係る燃料電池において、各燃料電池セル１００の寸法及び形状は互いに異なっていてもよく、各燃料電池セル１００の間で対応する発電部（例えば、隣り合う燃料電池セル１００の各第１発電部５ａ）の寸法及び形状は互いに異なっていてもよい。また、本発明に係る燃料電池において、アノード側セパレータ１２０に形成される燃料ガス供給流路１２１及びカソード側セパレータ１３０に形成される酸化ガス供給流路１３１の経路は上記の例と異なっていてもよい。例えば、燃料ガス供給流路１２１及び酸化ガス供給流路１３１は、幅方向Ｙに延在していてもよく、燃料ガス供給流路１２１及び酸化ガス供給流路１３１の間で延在する方向が異なっていてもよい。

また、例えば、上記では、制御装置５０が燃料電池１０の発電電流の要求値に基づいて発電を行わせる発電部５を切り替える例及び車両の走行に関するパラメータに基づいて発電を行わせる発電部５を切り替える例を説明したが、制御装置５０は、上記以外の他の方法によって、燃料電池１０の電流密度が目標範囲内の値になるように、発電を行わせる発電部５を切り替えてもよい。例えば、制御装置５０は、車両が比較的低速で走行しており、かつ、発進と停車とを間欠的に繰り返している場合等に、燃料電池１０の発電電流の要求値が比較的低い状態であると判定し、発電部総面積が比較的小さくなるように、発電を行わせる発電部５を切り替えてもよい。このように、制御装置５０は、車両の様々な走行状態に応じて発電を行わせる発電部５を切り替えてもよい。

また、例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

１燃料電池システム
５発電部
５ａ第１発電部
５ｂ第２発電部
５ｃ第３発電部
７ａスイッチ
７ｂスイッチ
７ｃスイッチ
９駆動輪
１０燃料電池
１１燃料電池スタック
１２集電プレート
１３エンドプレート
２０ＤＣＤＣコンバータ
３０インバータ
４０モータ
５０制御装置
１００燃料電池セル
１１０膜電極接合体
１１１電解質膜
１１２アノード電極
１１３カソード電極
１２０アノード側セパレータ
１２１燃料ガス供給流路
１３０カソード側セパレータ
１３１酸化ガス供給流路
２０２絶縁部
２０３絶縁部

Claims

膜電極接合体において電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟まれている部分である複数の発電部が互いに絶縁されて形成されている燃料電池セルが複数積層された積層体を有する燃料電池と、
前記燃料電池の発電を制御する制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルにおいて互いに絶縁されている前記複数の発電部の各々は、複数の前記燃料電池セルに亘ってそれぞれ直列に接続されており、
前記燃料電池セルにおいて互いに絶縁されている前記複数の発電部は、互いに並列に負荷と接続されており、かつ互いに異なる面積を有しており、
前記制御装置は、
前記燃料電池の非暖機時に、前記燃料電池の電流密度が目標範囲内の値になるように、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を、前記複数の発電部のうちの全ての前記発電部と、一部の前記発電部とに切り替え、
前記燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の電流密度が大きくなることを優先して、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替え、前記複数の発電部のうち面積が最小の前記発電部のみに発電を行わせる、
燃料電池システム。
前記目標範囲は、前記燃料電池の発電効率が基準効率より高くなるような電流密度の範囲である、
請求項１に記載の燃料電池システム。
前記制御装置は、前記燃料電池の非暖機時に、前記燃料電池の発電電流の要求値に基づいて、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替える、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記負荷は、車両の駆動輪を駆動するための動力を出力可能なモータを含み、
前記制御装置は、前記燃料電池の非暖機時に、前記車両の走行に関するパラメータに基づいて、前記燃料電池セルにおいて発電を行わせる前記発電部を切り替える、
請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
前記パラメータは、前記車両の車速又は走行路の勾配を含む、
請求項４に記載の燃料電池システム。