WO2009028340A1 - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

間欠運転から通常運転への復帰後において燃料電池の発電状態を安定させることができる燃料電池システムを提供する。燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料ガス供給流路を有する燃料ガス系と、燃料ガス供給流路を流通するガスの可変調圧を行う可変調圧弁と、燃料ガス系からガスを排出するためのパージ弁と、を備え、燃料電池の発電一時停止状態から発電状態への移行後にパージ弁を介して燃料ガス系内の不純物を外部に排出する燃料電池システムであって、発電一時停止状態における燃料ガス系内の不純物量が所定量を超えて増加した場合に、発電一時停止状態から発電状態への移行後に燃料電池へと供給される燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回るように可変調圧弁の開閉動作を制御する制御手段を備える。

Description

明細書 燃料電池システム及びその制御方法 技術分野

本発明は、 燃料電池システム及びその制御方法に関する。 背景技術

従来より、 反応ガス （燃料ガス及び酸化ガス） の供給を受けて発電を行う 燃料電池を備えた燃料電池システムが実用化されている。 かかる燃料電池シ ステムの燃料電池の内部や燃料ォフガスの循環流路には、 発電に伴って窒素 ガス等の不純物が経時的に蓄積することが知られている。 現在においては、 このような不純物を外部に排出する （パージを行う） ために、 循環流路に接 続した排出流路にパ "ジ弁を設け、 パ ジ弁の開閉制御を行う燃料電池シス テムが提案されている。

また、 現在においては、 燃料電池に加えて蓄電池等の二次電池を備え、 低 負荷時等に燃料電池の発電を一時的に停止させる運転 （間欠運転） を行い、 負荷の増加時等に通常運転に復帰して発電を再開させる燃料電池システムが 提案されている。 近年においては、 燃料電池の間欠運転時間が長い場合に、 間欠運転から通常運転への復帰後におけるパージ頻度を高くすることにより、 不純物を効果的に排出する技術も提案されている （例えば、 特開 2 0 0 7— 2 6 8 4 3号公報参照）。 発明の開示

し力 し、 上記特開 2 0 0 7 - 2 6 8 4 3号公報に記載された技術を採用し ても、 パージによる不純物の排出に長時間を要する場合がある。 かかる場合 には、 間欠運転から通常運転への復帰後において、 燃料電池の発電状態の安 定性が確保できないおそれがあつた。

本発明は、 かかる事情に鑑みてなされたものであり、 間欠運転から通常運 転への復帰後において燃料電池の発電状態を安定させることができる燃料電 池システムを提供すること目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、 燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料ガス供給 流路を有する燃料ガス系と、 燃料ガス供給流路を流通するガスの可変調圧を 行う可変調圧弁と、 燃料ガス系からガスを排出するためのパージ弁と、 を備 え、 燃料電池の発電一時停止状態から発電状態への移行後にパージ弁を介し て燃料ガス系内の不純物を外部に排出する燃料電池システムであって、 発電 一時停止状態における燃料ガス系内の不純物量が所定量を超えて増加した場 合に、 発電一時停止状態から発電状態への移行後に燃料電池へと供給される 燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回るように可変調圧弁の開閉動作を制御 する制御手段を備えるものである。

また、 本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、 燃料電池と、 燃料供 給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料ガス供給流路を 有する燃料ガス系と、 燃料ガス供給流路を流通するガスの可変調圧を行う可 変調圧弁と、 燃料ガス系からガスを排出するためのパージ弁と、 を備え、 燃 料電池の発電一時停止状態から発電状態への移行後にパージ弁を介して燃料 ガス系内の不純物を外部に排出する燃料電池システムの制御方法であって、 発電一時停止状態における燃料ガ 系内の不純物量が所定量を超えて増加し た場合に、 発電一時停止状態から発電状態への移行後に燃料電池へと供給さ れる燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回るように可変調圧弁の開閉動作を 制御する工程を備えるものである。

かかる構成及び方法を採用すると、 燃料電池の発電一時停止状態において 燃料ガス系内の不純物量が所定量を超えて増加した場合に、 発電一時停止状 態から発電状態への移行後に供給される燃料ガスの圧力を高め （所定の基準 値を上回る値） に設定することができる。 従って、 発電一時停止状態から発 電状態への移行後において燃料ガス系内の不純物の排出に比較的長い時間を 要した場合においても、燃料電池の発電状態を安定させることが可能となる。 なお、 「発電一時停止状態」 とは、燃料電池による発電を一時的に停止した状 態を意味し、 「発電状態」 とは、燃料電池が継続的に発電を行っている状態を 意味する。

上記燃科電池システムにおいて、 燃料電池から排出された燃料ォフガスを 循環させるための循環ポンプを有する燃料ガス系を採用することができる。 かかる場合に、 発電一時停止状態から発電状態への移行後において、 燃料ガ ス系の全容積におけるガスが循環ポンプにより置換されるまで、 燃料電池へ と供給される燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回る状態を維持するように 可変調圧弁の開閉動作を制御する制御手段を採用することができる。

かかる構成を採用すると、 燃料電池の発電一時停止状態から発電状態への 移行後に燃科ガス系の全容積におけるガスが循環ポンプにより置換されるま で（すなわち、不純物が完全に排出されるまで）、燃料電池へと供給される燃 料ガスの圧力を高め （所定の基準値を上回る値） のまま維持することができ る。 従って、 発電一時停止状態に燃料ガス系内に蓄積された不純物を迅速か つ確実に排出することができるので、 燃料電池の発電状態をより一層安定さ せることが可能となる。

また、 上記燃料電池システムにおいて、 可変調圧弁としてインジェクタを 採用することができる。

ィンジェクタとは、 弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動し て弁座から離隔させることによりガス状態 （ガス流量やガス圧力） を調整す ることが可能な電磁駆動式の開閉弁である。 所定の制御部がィンジ工クタの 弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、 燃料 ガスの流量や圧力を精度良く制御することが可能となる。

本発明によれば、 間欠運転から通常運転への復帰後において燃料電池の発 電状態を安定させることができる燃料電池システムを提供することが可能と なる。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の実施形態における燃料電池システムの構成図である。 図 2は、 図 1に示す燃料電池システムの制御方法を説明するためのフロー チャートである。

図 3 Aは、 図 1に示す燃料電池システムの制御方法を説明するためのタイ ムチヤートであり、 間欠運転の時間履歴を示すものである。

図 3 Bは、 図 1に示す燃料電池システムの制御方法を説明するためのタイ ムチヤートであり、 水素ガス系内における不純物分圧の時間履歴を示すもの である。

図 3 Cは、 図 1に示す燃料電池システムの制御方法を説明するためのタイ ムチャートであり、 水素調圧値の時間履歴を示すものである。

図 3 Dは、 図 1に示す燃料電池システムの制御方法を説明するためのタイ ムチャートであり、 パージ動作の時間履歴を示すものである。

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照して、 本発明の実施形態における燃料電池システムにつ いて説明する。 本実施形態においては、 本発明を燃料電池車両 （移動体） の 車載発電システムに適用した例について説明することとする。

まず、 図 1を用いて、 本発明の実施形態における燃料電池システムの構成 について説明する。 図 1に示すように、 本実施形態における燃料電池システム 1は、 反応ガス (酸化ガス及ぴ燃料ガス） の供給を受けて電力を発生する燃料電池 2を有す る。 燃料電池 2には、 酸化ガスとしての空気を燃料電池 2に供給し、.かつ燃 料電池 2から酸化オフガスを排出するための酸化ガス系 3と、 燃料ガスとし ての水素ガスを燃料電池 2に供給し、 かつ燃料オフガスとしての水素オフガ スを水素ガスとともに燃料電池 2に循環させるための燃料ガス系 4と、 が接 続されている。 燃料ガス系 4は、 水素オフガスを燃料ガス系 4から排出可能 な排気排水弁 2 9を有する。排気排水弁 2 9から排出された水素オフガスは、 希釈部 5において、 酸化ガス系 3から排出される酸化オフガス （空気） と混 合され、 外部に排出される。 制御部 6は、 システム全体を統括制御する。 燃料電池 2は、 例えば固体高分子電解質型で構成され、 多数の単電池を積 層したスタック構造を備えている。 燃料電池 2の単電池は、 固体高分子電解 質膜の一方の面に空気極 （力ソード） を有し、他方の面に燃料極 （アノード） を有し、 さらに空気極及ぴ燃料極を両側から挟み込むように配置された一対 のセパレータを有する。 燃料ガスがアノード側のセパレータの流路に供給さ れ、 酸ィヒガスが力ソード側のセパレータの流路に供給されることで、 燃料電 池 2は電力を発生する。

酸化ガス系 3は、 燃料電池 2に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路 1 1と、 燃料電池 2から排出された酸化オフガスが流れる排気流路 1 2と、 を有する。 空気供給流路 1 1は、 酸化ガスを取り込むコンプレッサ 1 4と、 コンプレッサ 1 4により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器 1 5と、 を有 する。 排気流路 1 2は、 背圧調整弁 1 6を有し、 加湿器 1 5に接続されてい る。 排気流路 1 2を流れる酸化オフガスは、 背圧調整弁 1 6を通って加湿器 1 5で水分交換に供された後、 希釈部 5に移送される。

燃料ガス系 4は、 高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タン ク 2 1と、 水素タンク 2 1の水素ガスを燃料電池 2に供給するための燃料ガ ス供給流路としての水素供給流路 2 2と、 燃料電池 2から排出された水素ォ フガスを水素供給流路 2 2に戻すための循環流路 2 3と、 を有する。 なお、 水素タンク 2 1に代えて、 炭化水素系の燃料から水素リツチな改質ガスを生 成する改質器と、 この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する 高圧ガスタンクと、 を燃料供給源として採用することもできる。 また、 水素 吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。

. 水素供給流路 2 2には、 水素タンク 2 1からの水素ガスの供給を遮断又は 許容する遮断弁 2 4と、 水素ガスの圧力を調整するレギユレータ 2 5と、 ィ ンジヱクタ 2 6と、 が設けられている。 また、 インジェクタ 2 6の下流側で あって水素供給流路 2 2と循環流路 2 3との合流部の上流側には、 水素供給 流路 2 2内の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ 2 7が設けられている。 圧力センサ 2 7で検出された水素ガスの圧力に関する情報は、 制御部 6に伝 送され、 水素循環系の制御に用いられる。

レギユレータ 2 5は、 その上流側圧力 （一次圧） を、 予め設定した二次圧 に調圧する装置である。 本実施形態においては、 一次圧を減圧する機械式の 減圧弁をレギユレータ 2 5として採用している。 機械式の減圧弁の構成とし ては、 背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筐体を有し、 背 圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする 公知の構成を採用することができる。

ィンジェクタ 2 6は、 弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動 して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能 な電磁駆動式の開閉弁である。 本実施形態においては、 図 1に示すように、 水素供給流路 2 2と循環流路 2 3との合流部より上流側にインジェクタ 2 6 を配置している。 インジェクタ 2 6は、 水素ガス等の気体燃料を噴射する噴 射孔を有する弁座を有するとともに、 その気体燃料を噴射孔まで供給案内す るノズルボディと、 ノズルボディに対して軸線方向 （気体流れ方向） に移動 可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、 を有する。 本実施形態におい て、 インジェクタ 2 6の弁体は、 電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動 される。 このソレノィドに給電されるパルス状励磁電流のオン ·オフを制御 して弁体を駆動させることで、 噴射孔の開口面積を 2段階又は多段階に切り 替えることができる。インジヱクタ 2 6のガス噴射時間及びガス噴射時期は、 制御部 6から出力される制御信号で制御される。 これにより、 水素ガスの流 量及び圧力を高精度に制御することができる。 インジェクタ 2 6は、 弁 （弁 座及び弁体） を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、 弁の駆動周期を 高応答の領域まで制御することができるため、 高い応答性を有する。

インジェクタ 2 6は、 下流側 （燃料電池 2側） に供給されるガス流量 （又 は水素モル濃度） を調整する。 具体的には、 インジヱクタ 2 6は、 その下流 に要求されるガス流量を供給するために、 インジェクタ 2 6のガス流路に設 けられた弁の開口面積 （開度） 及び開放時間の少なくとも一方を変更す.る。 なお、 インジェクタ 2 6の弁の開閉によりガス流量が調整されるとともに、 インジェクタ 2 6の下流に供給されるガス圧力がインジェクタ 2 6の上流の ガス圧力よりも減圧されるため、 インジェクタ 2 6を調圧弁 （減圧弁、 レギ ユレータ） と解釈することもできる。 また、 本実施形態において、 インジェ クタ 2 6は、 ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するよ うにインジ クタ 2 6の上流ガス圧の調圧量 （減圧量） を変化させることが 可能な可変調圧弁としても機能する。 .

循環流路 2 3には、 気液分離器 2 8及び排気排水弁 2 9を介して、 排出流 路 3 0が接続されている。 気液分離器 2 8は、 水素オフガスから水分を回収 するものである。 排気排水弁 2 9は、 制御部 6からの指令によって作動する ことにより、 気液分離器 2 8で回収された水分と、 循環流路 2 3内の不純物 を含む水素オフガス （燃料オフガス） と、 を外部に排出 （パージ） するもの であり、 本努明におけるパージ弁の一実施形態として機能する。 かかるパー ジを実行することにより、不純物量（不純物分圧及び不純物濃度）が低下し、 燃料電池 2に供給される水素ガスの濃度が上昇する。 不純物分圧とは、 例え ば、 水素タンク 2 1から供給される水素ガス中に含まれる窒素ガス、 酸化ガ ス系 3から固体高分子電解質膜を透過して燃料ガス系 4に供給される窒素ガ ス、 燃料電池 2の発電により生じた水蒸気、 等の水素ガス以外の気体の分圧 の総和である。 また、 循環流路 2 3には、 循環流路 2 3内の水素オフガスを 加圧して水素供給流路 2 2側へ送り出す循環ポンプ 3 1が設けられている。 なお、排気排水弁 2 9及び排出流路 3 0を介して排出される水素オフガスは、 希釈器 5において排気流路 1 2の酸化オフガスと合流して希釈される。

制御部 6は、 車両に設けられた加速用の操作部材 (アクセル等) の操作量 を検出し、 加速要求値 （例えばトラクシヨンモータ等の負荷装置からの要求 発電量） 等の制御情報を受けて、 システム内の各種機器の動作を制御する。 なお、 負荷装置とは、 トラクシヨンモータの他に、 燃料電池 2を作動させる ために必要な補機装置 (例えばコンプレッサ 1 4のモータや循環ポンプ 3 1 のモータ等)、車両の走行に関与する各種装置 （変速機、 車輪制御部、操舵装 置、 懸架装置等） で使用されるァクチユエータ、 乗員空間の空調装置 （エア コン）、照明、およびオーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。 制御部 6は、 図示しないコンピュータシステムによって構成されている。 かかるコンピュータシステムは、 C P U、 R OM, R AM, HD D、 入出力 インタフェース及びディスプレイ等を備える。 コンピュータシステムは、 R OMに記録された各種制御プログラムを C P Uが読み込んで所望の演算を実 行することにより、 後述するパージ制御など種々の処理や制御を行う。

具体的には、 制御部 6は、 通常運転モードと間欠運転モードとの切り換え を行う。 通常運転モードとは、 トラクシヨンモータ等の負荷装置への電力供 給のために燃料電池 2が発電を継続的に行う運転モードを意味する。 間欠運 転モードとは、 例えばアイドリング時、 低速走行時、 回生制動時等のような 低負荷運転時に燃料電池 2の発電を一時的に休止し、 バッテリやキャパシタ 等の蓄電装置から負荷装置への電力供給を行い、 燃料電池 2には開放端電圧 を維持し得る程度の水素ガス及び空気の供給を間欠的に行う運転モードを意 味する。 通常運転モードは本発明における発電状態に相当し、 間欠運転モー ドは本発明における発電一時停止状態に相当する。

また、 制御部 6は、 燃料電池 2の間欠運転中における燃料ガス系 4内の不 純物量の増加分を推定する。 そして、 制御部 6は、 推定した不純物量の増加 分が所定量を超えた場合に、 間欠運転モードから通常運転モードへの移行後 に燃料電池 2へと供給される水素ガスの圧力を上昇させるようにインジェク タ 2 6の開閉動作を制御する。 この際、 制御部 6は、 間欠運転モードから通 常運転モードへの移行後に燃料ガス系 4の全容積におけるガスが循環ポンプ 3 1により置換されるまで、 上昇させた水素ガスの圧力を維持する。 すなわ ち、 制御部 6は、 本発明における制御手段として機能するものである。 次に、 図 2のフローチャート及ぴ図 3のタイムチャートを用いて、 本実施 形態に係る燃料電池システム 1の制御方法について説明する。

まず、 制御部 6は、 起動時等に燃料電池 2の構造に基づくシステム条件を 設定する。 システム条件としては、 例えば、 燃料電池 2の各単電池の固体高 分子電解質膜の有効面積に単電池数を乗じて得られる固体高分子電解質膜の 有効面積や、 固体高分子電解質膜の単位面積当たりの窒素ガスの透過率等が 挙げられる。 そして、 制御部 6は、 起動後に通常運転モードを実現させるた めの制御を行う（通常運転制御工程： S 1 )。

通常運転制御工程 S 1において、 制御部 6は、 要求される電力量を燃料電 池 2で発電させるために各種機器を制御することで、 酸化ガスの調整や水素 ガスの調整を行う。 酸化ガスの調整は、 酸化ガス系 3のコンプレッサ 1 4の 回転数を制御することや、 燃料電池 2から排出される酸化オフガスの背圧を 調整すること等により実現される。 水素ガスの調整は、 燃料ガス系 4の遮断 弁 2 4やインジヱクタ 2 6を制御することや、 循環ポンプ 3 1の回転数を制 御すること、 排気排水弁 2 9を制御すること等により実現される。

次いで、 制御部 6は、 燃料電池 2の運転モードを通常運転モードから間欠 運転モードに切り換えるための条件 （運転切替条件） が充足されるか否かを 判定する （間欠運転開始判定工程： S 2 )。 運転切替条件としては、 例えば、 要求電力量や発電量の経時変化が所定の閾値未満となること等を採用するこ とができる。 そして、 制御部 6は、 間欠運転開始判定工程 S 6において、 運 転切替条件が充足されるものと判定した場合に、 図 3 Aに示すように、 燃料 電池 2の運転モードを通常運転モードから間欠運転モードへと切り替える (間欠運転制御工程： S 3 )。 間欠運転制御工程 S 3において、 制御部 6は、 燃料電池 2の発電を一時的に停止させ、 蓄電装置から負荷装置への電力供給 を行い、 燃料電池 2には開放端電圧を維持し得る程度の水素ガス及び空気の 供給を間欠的に行う。

ところで、 間欠運転モードを実現させて燃料電池 2の発電を一時的に停止 すると、 燃料ガス系 4内の不純物量が経時的に増加する。 例えば、 燃料電池 2内の固体高分子電解質膜の窒素ガスの透過性に応じて、 酸化ガス系 3に残 留した空気から燃料ガス系 4に窒素ガスが透過して窒素ガス分圧が增加する。 このため、 制御部 6は、 間欠運転中における燃料ガス系 4内の不純物量の增 加分を推定し、 推定した不純物量の増加分が所定量を超えた場合には、 間欠 運転モード終了時における水素調圧値 （燃料電池 2へと供給される水素ガス の圧力の目標値） を上昇させる。

本実施形態においては、 制御部 6は、 図 3 Bに示すように、 間欠運転中に おける燃料ガス系 4の不純物分圧の上昇分 Δ Pを推定する （不純物増加分推 定工程： S 4 )。不純物分圧とは、燃科ガス系 4内の水素ガス以外の気体全て の分圧であり、 主として窒素ガス分圧と水蒸気分圧とに基づいて推定するこ とができる。 窒素ガス分圧は、 主に水素タンク 2 1から供給される水素ガス 中に含まれる窒素分と、 カソード側からァノード側へ透過する窒素分とを用 いて算出することができる。 また、 水蒸気分圧は、 燃料電池 2の温度におけ る飽和水蒸気圧により推定することができる。

次いで、 制御部 6は、 不純物増加分推定工程 S 4で推定した不純物分圧の 上昇分 Δ Ρが所定値を超えるか否かを判定する （不純物増加分判定工程： S 5 )。 そして、制御部 6は、不純物増加分判定工程 S 5において不純物分圧の 上昇分 Δ Pが所定値を超えるものと判定した場合に、 間欠運転モード終了時 における水素調圧値を、 図 3 Cに示すように、 通常時の値 （所定の基準値） P。を上回る値 （上昇値 に設定する （水素調圧値設定工程： S 6 )。 本 実施形態においては、 所定のマップを用いて、 推定した不純物分圧の上昇分 厶 Pの値に対応する上昇値 P！を設定する。

水素調圧値設定工程 S 6に続いて、 制御部 6は、 間欠運転時間が経過した か否かを判定し （間欠運転終了判定工程： S 7 )、間欠運転時間が経過したも のと判定した場合には、 図 3 Aに示すように、 間欠運転モードを終了して通 常運転モードへ移行する （通常運転再開工程： S 8 )。 その後、 制御部 6は、 図 3 Dに示すように、 排気排水弁 2 8を開放して、 燃料ガス系 4に残留して いる不純物を含むガスを排出 （パージ） するとともに、 圧力センサ 2 7で検 出した水素ガスの圧力値が水素調圧値設定工程 S 6で設定した水素調圧値 (上昇値 P J に一致するようにインジェクタ 2 6の制御を行う （パージ . 上昇調圧工程： S 9 )。

パージ ·上昇調圧工程 S 9において、 制御部 6は、 図 3 Cに示すように、 間欠運転モード終了直後から特定時間 Tが経過するまで （間欠運転モード:終 了直後から燃料ガス系 4の全容積におけるガスが循環ポンプ 3 1により置換 されるまで）、 水素ガスの圧力を上昇値 のまま維持させる。 そして、 制御 部 6は、 特定時間 T経過後にインジェクタ 2 6を制御して、 水素ガスの圧力 を通常時の値 P。に戻す。 なお、 パージにより排出された水素ガスは、 希釈 部 5において酸ィ匕オフガスにより希釈される。 その後、 制御部 6は、 設定し たパージ条件 （特にパージ時間） を具備するまでパージを,継続し、 パージ条 件を満たした場合にパ ジを終了し、 一違の制御動作を終了する。

一方、 制御部 6は、 不純物増加分判定工程 S 5で不純物分圧の上昇分厶 P が所定値以下であると判定した場合に、 間欠運転モード終了時における水素 調圧値を通常時の値 （所定の基準値） P。としたまま、 間欠運転時間が経過 したか否かを判定し （間欠運転終了判定工程： S 1 0 )、間欠運転時間が経過 したものと判定した場合には、 間欠運転モードを終了して通常運転モードへ 移行する （通常運転再開工程： S 1 1 )。 その後、 制御部 6は、 パージを行う とともに通常の調圧を行う （パージ ·通常調圧工程： S 1 2 )。

以上説明した実施形態における燃科電池システム 1では、 間欠運転モード における燃料ガス系 4内の不純物量が所定量を超えて増加した場合に、 間欠 運転モードから通常運転モードへの移行後において供給される水素ガスの圧 力を高め （所定の基準値 P。を上回る値 に設定することができる。 従つ て、 間欠運転モードから通常運転モードへの移行後において燃料ガス系 4内 の不純物の排出に比較的長い時間を要した場合において 、 燃料電池 2の発 電状態を安定させることが可能となる。

また、 以上説明した実施形態における燃料電池システム 1では、 間欠運転 モード終了直後から燃料ガス系 4の全容積におけるガスが循環ポンプ 3 1に より置換されるまで（すなわち不純物が完全に排出されるまで）、燃料電池 2 に供給される水素ガスの圧力を高め （所定の基準値 P。を上回る値 P J に維 持することができる。 従って、 間欠運転中に燃料ガス系 4内に蓄積された不 純物を迅速かつ確実に排出することができるので、 燃料電池 2の発電状態を より一層安定させることが可能となる。

なお、 以上の実施形態においては、 排気と排水との双方を実現させる排気 排水弁 2 9をパージ弁として循環流路 2 3に設けた例を示したが、 気液分離 器 2 8で回収した水分を外部に排出する排水弁と、 循環流路 2 3内のガスを 外部に排出するための排気弁 （パージ弁） と、 を別々に設け、 制御部 6で排 気弁を制御することもできる。

また、 以上の実施形態においては、 燃料ガス系 4内の不純物量として 「不 純物分圧」 を揉用した例を示したが、 他の物理量 （例えば 「不純物濃度」） を 採用することもできる。不純物量として「不純物濃度」を採用した場合には、 制御部は、 間欠運転中における燃料ガス系 4内の不純物濃度の増加分を推定 し、 推定した不純物濃度の増加分が所定量を超えた場合に、 間欠運転モード 終了時における水素調圧値を上昇させる。

また、 以上の実施形態においては、 本発明に係る燃料電池システムを燃料 電池車両に搭載した例を示したが、 燃料電池車両以外の各種移動体 （ロボッ ト、 船舶、 航空機等） に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもで きる。 また、 本発明に係る燃料電池システムを、 建物 （住宅、 ビル等） 用の 発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。 産業上の利用可能性

本発明に係る燃料電池システムによれば、 間欠運転から通常運転への復帰 後において燃料電池の発電状態を安定させることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池と、 燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと 流すための燃料ガス供給流路を有する燃料ガス系と、 前記燃料ガス供給流路 を流通するガスの可変調圧を行う可変調圧弁と、 前記燃料ガス系からガスを 排出するためのパージ弁と、 を備え、 前記燃料電池の発電一時停止状態から 発電状態への移行後に前記パージ弁を介して前記燃料ガス系内の不純物を外 部に排出する燃料電池システムであって、

前記発電一時停止状態における前記燃料ガス系内の不純物量が所定量を超 えて増加した場合に、 前記発電一時停止状態から前記発電状態への移行後に 前記燃料電池へと供給される燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回るように 前記可変調圧弁の開閉動作を制御する制御手段を備える、

燃料電池システム。

2 . 前記燃料ガス系は、 前記燃料電池から排出された燃料オフガスを循環 させるための循環ポンプを有し、

前記制御手段は、 前記発電一時停止状態から前記発電状態への移行後にお いて、 前記燃料ガス系の全容積におけるガスが前記循環ポンプにより置換さ れるまで、 前記燃料電池へと供給される燃料ガスの圧力が所定の基準値を上 回る状態を維持するように前記可変調圧弁の開閉動作を制御するものである、 請求の範囲 1に記載の燃料電池システム。

3 . 前記可変調圧弁は、 インジヱクタである、

請求の範囲 1.または 2に記載の燃料電池システム。

4 . 燃料電池と、 燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと 流すための燃料ガス供給流路を有する燃料ガス系と、 前記燃料ガス供給流路 を流通するガスの可変調圧を行う可変調圧弁と、 前記燃料ガス系からガスを 排出するためのパージ弁と、 を備え、 前記燃料電池の発電一時停止状態から 発電状態への移行後に前記パージ弁を介して前記燃料ガス系内の不純物を外 部に排出する燃料電池システムの制御方法であって、

前記発電一時停止状態における前記燃料ガス系内の不純物量が所定量を超 えて増加した場合に、 前記発電一時停止状態から前記発電状態への移行後に 前記燃料電池へと供給される燃料ガスの圧力が所定の基準値を上回るように 前記可変調圧弁の開閉動作を制御する工程を備える、

燃料電池システムの制御方法。