(57)【要約】【課題】従来の燃料システムでは、燃料電池の酸素消費処理を行った場合において、排気側に漏れ出す燃料ガスを抑制することが難しい問題があった。【解決手段】本発明にかかる燃料電池システムの一態様は、燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池１５と、燃料電池１５の出力電圧を計測する電圧計１６と、燃料電池１５の出力電流を計測する電流計１７と、燃料電池１５の酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、発電状態において開かれ、停止状態及び前記酸素消費制御において閉じられる規制弁４５、４６、４７と、燃料電池１５が出力する出力電流Ｉｍの電流値を制御する負荷制御部２０と、を有し、負荷制御部２０は、酸素消費制御において、燃料電池の出力電圧Ｖｍが高いほど出力電流Ｉｍが小さくなるように燃料電池１５の出力電流Ｉｍを制御する。【選択図】図４
2020119864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を発電状態から停止状態に移行させる際に前記燃料電池内に残留する酸素を消費する酸素消費制御を行う燃料電池システムであって、
燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧計と、
前記燃料電池の出力電流を計測する電流計と、
前記燃料電池の酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、前記発電状態において開かれ、前記停止状態及び前記酸素消費制御において閉じられる規制弁と、
前記燃料電池が出力する前記出力電流の電流値を制御する負荷制御部と、を有し、
前記負荷制御部は、前記酸素消費制御において、
前記燃料電池の前記出力電圧が高いほど前記出力電流が小さくなるように前記燃料電池の前記出力電流を制御する燃料電池システム。
【請求項２】
二次バッテリと、
負荷に前記燃料電池と前記二次バッテリとが出力する電力を負荷に伝達する負荷配線と、を更に有し、
前記負荷制御部は、前記酸素消費制御において、
前記燃料電池から取り出した電力を前記二次バッテリに供給する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記負荷制御部は、
前記二次バッテリから前記二次バッテリにおいて充電可能な電力を示す許容電力に関する情報を取得し、
前記電圧計から取得した前記出力電圧と前記電流計から取得した出力電流から前記燃料電池の出力電力を算出し、
前記許容電力から前記出力電力を減算した減算値を前記出力電圧で割ることで得られる酸素消費処理時電流に基づき前記燃料電池の前記出力電流を制御する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記負荷制御部は、前記酸素消費制御を行う際に前記燃料電池に出力させる前記出力電流の目標値となる目標電流値を予め有し、前記目標電流値に前記酸素消費処理時電流を加算して得られる電流指令値に基づき前記燃料電池の前記出力電流を制御する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層され、積層体となった複数の燃料電池セルを貫通するマニホールドを介して、前記複数の燃料電池に酸化剤を含む気体が供給される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作停止時に燃料電池セル内の残存酸素を消費する酸素消費処理を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載する車両では、燃料電池で発電された電力を用いて走行用モータを駆動する。この燃料電池は、例えば、車両が駐車状態にある場合等、発電を停止する場合に燃料電池への酸化剤の供給を停止する。このとき、燃料電池を構成する燃料電池セルの劣化を防止するために燃料電池セル内の酸素を消費して、燃料電池の出力電圧を所定の電圧以下にする酸素消費処理を行う。この酸素消費処理に関する技術の一例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、弁閉されることで酸化剤極側への外気の流入を規制する規制弁と、前記燃料電池スタックから電流を取り出すときの電流値又は前記燃料電池スタックから電流を取り出す際の電圧値を制御する負荷取出手段と、前記規制弁の開閉および前記負荷取出手段の電流の取り出しを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、システム停止時に前記規制弁の弁閉と前記負荷取出手段による電流の取り出しとを行うと共に、システムが再起動されるまでのシステム停止期間中においても前記負荷取出手段による電流の取り出しを行うことを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、規制弁を弁閉した状態で燃料電池スタック内の酸化剤ガスを消費するため、酸化剤極側において酸化剤ガスの濃度が過剰に低下し、当該過剰に減少した酸化剤ガスを補うように燃料ガスが酸化剤極側に発生するポンピング現象が発生する。そして、このポンピング現象が発生すると、再始動時に排気側に漏れ出す燃料ガスの濃度が上昇する問題が発生する。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の酸素消費処理を行った場合において、排気側に漏れ出す燃料ガスを抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる燃料電池システムの一態様は、燃料電池を発電状態から停止状態に移行させる際に前記燃料電池内に残留する酸素を消費する酸素消費制御を行う燃料電池システムであって、燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧計と、前記燃料電池の出力電流を計測する電流計と、前記燃料電池の酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、前記発電状態において開かれ、前記停止状態及び前記酸素消費制御において閉じられる規制弁と、前記燃料電池が出力する前記出力電流の電流値を制御する負荷制御部と、を有し、前記負荷制御部は、前記酸素消費制御において、前記燃料電池の前記出力電圧が高いほど前記出力電流が小さくなるように前記燃料電池の前記出力電流を制御する。
【０００８】
本発明にかかる燃料電池システムによれば、燃料電池の酸素消費処理において、燃料電池の出力で圧が高いほど出力電流が小さくなるような制御を行うことで、燃料電池内で発生するポンピング現象を抑制して酸化剤極側に燃料ガスが漏れ出すことを抑制する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、燃料電池の酸素消費処理を行った場合において、燃料電池の排気側に漏れ出す燃料ガスを抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる燃料電池システムのブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる燃料電池スタックを説明する図である。
【図３】実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理の前後の充填酸素の様子を説明する図である。
【図５】比較例にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理による酸素消費の様子を説明する図である。
【図６】実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理による酸素消費の様子を説明する図である。
【図７】実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける放電制御の方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１２】
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００１３】
実施の形態１
まず、図１に実施の形態１にかかる燃料電池システム１のブロック図を示す。図１では、燃料電池を含む車両を例にした燃料電池システムのブロック図を示した。図１に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、電源として、燃料電池（例えば、燃料電池スタック１５）と二次バッテリ（例えば、リチウムイオンバッテリ１２）とを含む。そして、燃料電池と二次バッテリとを用いてモータ１１を駆動する。また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池、二次バッテリ及びモータ１１は、負荷配線ＬＷ１、ＬＷ２により、相互に電力を入出力する。
【００１４】
図１に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、モータドライバ１０、モータ１１、リチウムイオンバッテリ１２、システムメインリレースイッチ１３、バッテリ側昇圧コンバータ１４、燃料電池スタック１５、電圧計１６、電流計１７、燃料電池側昇圧コンバータ１８、リレースイッチ１９、負荷制御部２０を有する。また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池スタック１５への燃料ガスの供給を制御する補器類と、燃料電池スタック１５への酸化剤ガスの供給を制御する補器類を有する。燃料ガスの供給を制御する補器類は、例えば、封止弁３０、分離器３１、水素ポンプ３２、排出弁３３である。酸化剤ガスの供給を制御する補器類は、例えば、エアーコンプレッサ４０、コンプレッサモータ４１、インタークーラー４２、気圧センサ４３、温度センサ４４、規制弁（例えば、封止弁４５、入口側調圧バルブ４６、出口側調圧バルブ４７）、バイパス経路調圧バルブ４８、マフラ４９である。
【００１５】
モータドライバ１０は、負荷配線ＬＷ１、ＬＷ２を介して供給される電力に基づきモータ１１を駆動する。リチウムイオンバッテリ１２は、充放電可能な二次電池である。また、リチウムイオンバッテリ１２には、エネルギーを蓄えるバッテリセルの状態を監視するバッテリ監視回路が含まれる。このバッテリ監視回路は、入力許容電力Ｗｉｎ、バッテリ温度等の情報を含むバッテリ監視情報ＬＭを出力する。システムメインリレースイッチ１３は、リチウムイオンバッテリ１２への電力の入出力を遮断するか、入出力させるかを切り替えるスイッチである。バッテリ側昇圧コンバータ１４は、リチウムイオンバッテリ１２の出力電圧を昇圧して負荷配線ＬＷ１、ＬＷ２に出力する。また、バッテリ側昇圧コンバータ１４は、負荷配線ＬＷ１、ＬＷ２から供給する電力について、電圧を降圧してリチウムイオンバッテリ１２に伝達する。なお、システムメインリレースイッチ１３は、図示しないバッテリ制御回路により開閉が制御される。
【００１６】
燃料電池スタック１５は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う。燃料電池スタック１５で発電された電力は、燃料電池側昇圧コンバータ１８により昇圧されてリレースイッチ１９を介して負荷配線ＬＷ１、ＬＷ２に出力される。リレースイッチ１９は、図示しない燃料電池制御回路により開閉が制御される。また、電圧計１６は、燃料電池スタック１５の出力電圧をモニタして、ＦＣ出力電圧Ｖｍを出力する。電流計１７は、燃料電池スタック１５にお出力電流をモニタして、ＦＣ出力電流Ｉｍを出力する。
【００１７】
なお、リレースイッチ１９は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、抵抗Ｒを有する。スイッチＳＷ１は、燃料電池側昇圧コンバータ１８の出力を負荷配線ＬＷ１に出力するか否かを切り替える。スイッチＳＷ２は、燃料電池側昇圧コンバータ１８の出力を負荷配線ＬＷ２に出力するか否かを切り替える。スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２をバイパスするように、スイッチＳＷ２に対して並列に設けられる。抵抗Ｒは、スイッチＳＷ２の燃料電池側昇圧コンバータ１８側の端子と、スイッチＳＷ３の燃料電池側昇圧コンバータ１８側の端子との間に設けられる。
【００１８】
負荷制御部２０は、燃料電池スタック１５が出力する出力電流の電流値を制御する。具体的には、負荷制御部２０は、後述する酸素消費処理において燃料電池スタック１５の出力電流を制御する。また、負荷制御部２０は、リチウムイオンバッテリ１２が出力するバッテリ監視情報ＬＭに含まれる入力許容電力Ｗｉｎと、ＦＣ出力電圧Ｖｍ及びＦＣ出力電流Ｉｍと、に基づき、酸素消費処理中に燃料電池スタック１５から出力されるＦＣ出力電流Ｉｍの大きさを制御する。ここで、負荷制御部２０は、酸素消費処理中において、燃料電池スタック１５のＦＣ出力電圧Ｖｍが高いほどＦＣ出力電流Ｉｍが小さくなるように燃料電池スタック１５のＦＣ出力電流Ｉｍを制御する。この負荷制御部２０における電流制御方法の詳細は後述する。
【００１９】
負荷制御部２０は、電力分配制御部２１、コンバータ制御部２２を有する。電力分配制御部２１は、バッテリ監視情報ＬＭと、コンバータ制御部２２が生成するＦＣ出力電力Ｐｍ＿ｆｃと、ＦＣ出力電圧Ｖｍとを用いて、（１）式に基づき掃引電流指令値ｉｆｃ＿ｃｍを算出する。なお、（１）式において、Ｉｔｇｔは酸素消費処理時の燃料電池スタック１５のＦＣ出力電流Ｉｍの基準となる電流の値であり、Ｐｍ＿ａｌｗはバッテリ監視情報ＬＭに含まれる入力許容電力である。
ｉｆｃ＿ｃｍ＝Ｉｔｇｔ＋（Ｐｍ＿ａｌｗ−Ｐｍ＿ｆｃ）／Ｖｍ  ・・・  （１）
【００２０】
コンバータ制御部２２は、ＦＣ出力電圧Ｖｍ、ＦＣ出力電流Ｉｍ及び掃引電流指令値に基づき燃料電池側昇圧コンバータ１８及びリレースイッチ１９を制御して、掃引電流指令値に対応した電流値を有する電流量と、予め設定された電圧値と、を有する電力を、燃料電池側昇圧コンバータ１８に主力させる。
【００２１】
封止弁３０は、燃料ガスとなる水素が流れる配管のうち燃料電池スタック１５に水素が流れ込む経路に設けられる。封止弁３０は、図示しない制御部により開閉状態が制御され、起動時に開状態となり、酸素消費処理が終了後に閉状態となる。分離器３１は、燃料電池スタック１５の排気経路に設けられ、水と水素ガスとを分離する。水素ポンプ３２は、分離器３１で分離された水素ガスを封止弁３０の上流側の配管に戻す。排出弁３３は、分離器３１で分離された水をマフラ４９に接続される配管に排出する。
【００２２】
エアーコンプレッサ４０は、外気を所定の圧力に調整して燃料電池スタック１５側に取り込む。コンプレッサモータ４１は、エアーコンプレッサ４０を動かす為のモータである。インタークーラー４２は、エアーコンプレッサ４０で圧縮された外気の温度を冷却する。気圧センサ４３は、燃料電池スタック１５に供給する外気の気圧をモニタするセンサである。温度センサ４４は、燃料電池スタック１５に供給する外気の温度をモニタするセンサである。エアーコンプレッサ４０は、気圧センサ４３でモニタされた気圧に基づき燃料電池スタック１５に供給する外気の圧力を調節する。インタークーラー４２は、温度センサ４４でモニタされた温度に基づき燃料電池スタック１５に供給する外気の温度を調整する。
【００２３】
実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、封止弁４５、入口側調圧バルブ４６、出口側調圧バルブ４７を用いて、燃料電池スタック１５の酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、発電状態において開かれ、停止状態及び酸素消費制御において閉じられる規制弁を構成する。封止弁４５は、外気が燃料電池スタック１５に流れ込む経路に設けられ、燃料電池スタック１５が発電を行う期間に開状態に制御され、燃料電池スタック１５が酸素消費処理及び発電停止状態であるきかんに閉状態に制御される。入口側調圧バルブ４６は、燃料電池スタック１５の外気の入口に設けられ、燃料電池スタック１５内の外気の気圧を調節するバルブである。出口側調圧バルブ４７は、燃料電池スタック１５内の気体の出口に設けられ、燃料電池スタック１５内の気圧を調節するバルブである。バイパス経路調圧バルブ４８は、封止弁４５の上流側配管及び出口側調圧バルブ４７の下流側配管の間に設けられ、２つの配管の間の圧力差を調節するためのバルブである。マフラ４９は、燃料電池スタック１５の排気経路に設けられ、排出する気体を浄化する。
【００２４】
なお、封止弁４５、入口側調圧バルブ４６、出口側調圧バルブ４７、バイパス経路調圧バルブ４８は、いずれも図示しない制御部により制御される。また、調圧バルブは、いずれも一方向に対してのみ気体が流れる構造を有しており、入口側の気圧の一定の圧力を超えた場合には出口側の排気量を一定に低下させ、入口側の気圧が一定の圧力以下である場合には入口側の気圧の低下に伴い排気側の圧力も低下させる。
【００２５】
続いて、実施の形態１にかかる燃料電池システム１において、酸素消費処理の対象となる燃料電池スタック１５の構造について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる燃料電池スタックを説明する図を示す。
【００２６】
図２に示すように、燃料電池スタック１５は、複数の燃料電池セル５０が積層され、燃料電池セル５０を積層した積層体を貫通するように、入口側マニホールド５１及び出口側マニホールド５２が設けられる。また、入口側マニホールド５１の入口には、入口側調圧バルブ４６（及び封止弁４５（不図示））が設けられ、出口側マニホールド５２の出口には、出口側調圧バルブ４７が設けられる。
【００２７】
入口側マニホールド５１は、複数の燃料電池セル５０のそれぞれに、酸化剤極に酸化剤ガスを含む外気を供給する経路である。出口側マニホールド５２は、複数の燃料電池セル５０のそれぞれの酸化剤極から酸化剤ガスと水とを含む外気を排出する経路である。なお、排気側に発生する水は、燃料ガスとなる水素ガスと、酸化剤ガスとなる酸素と、が燃料電池セル５０内で反応して生成されるものである。
【００２８】
続いて、実施の形態１にかかる燃料電池システム１で行われる酸素消費処理について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理の動作を示すフローチャートを示す。
【００２９】
図３に示すように、酸素消費処理は、燃料電池システム１の停止処理の１つとして行われる。酸素消費処理では、まず、カソード（酸化剤極）側に設けられる封止弁４５を封止状態（閉状態）とする（ステップＳ１）。続いて、燃料電池スタック１５内の酸素濃度を低下させる酸素消費処理を行う（ステップＳ２）。この酸素消費処理では、負荷制御部２０が燃料電池側昇圧コンバータ１８を制御して、燃料電池スタック１５に発電を行わせることで燃料電池スタック１５内の酸素の濃度を低下させる。そして、この酸素消費処理は、ＦＣ出力電圧Ｖｍが予め設定した停止判断電圧以下になるまで継続される（ステップＳ３）。その後、ＦＣ出力電圧Ｖｍが停止判断電圧以下となったところで、酸素消費処理が終了し、燃料電池システム１は停止状態となる（ステップＳ３）。
【００３０】
実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理時に燃料電池スタック１５から出力させる電流の電流値制御の方法に特徴の１つを有する。そこで、まず、酸素消費処理における酸素濃度の変化について説明する。
【００３１】
図４に実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理の前後の充填酸素の様子を説明する図を示す。なお、図４では、一定以上の濃度の酸素が存在する領域をハッチングで示した。図４に示すように、燃料電池スタック１５では、酸素消費処理を開始する時点では、複数の燃料電池セル５０、入口側マニホールド５１、及び出口側マニホールド５２に酸素が充填されている。そして、酸素消費処理が進むと、燃料電池セル５０の酸化剤極に酸素が消費され、入口側マニホールド５１及び出口側マニホールド５２の酸素が減少し、かつ、燃料電池セル５０内の酸素濃度も低下する。
【００３２】
酸素消費処理では、このように、燃料電池スタック１５への酸化剤ガスの供給を止めた状態で発電を行わせることで、燃料電池スタック１５内の酸素濃度を低下させる。しかしながら、燃料電池スタック１５は、発電のさせ方によっては、燃料電池スタック１５内の酸素濃度に偏りが生じることがある。そこで、図５に比較例にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理による酸素消費の様子を説明する図を示す。この比較例では、酸素消費処理のＦＣ出力電圧Ｖｍが高い時には大きなＦＣ出力電流Ｉｍを燃料電池スタック１５に出力させ、ＦＣ出力電圧Ｖｍの低下に合わせてＦＣ出力電流Ｉｍの大きさを小さくしていく制御方法を採用する。
【００３３】
図５に示すように、比較例にかかる燃料電池システムでは、酸素消費処理が進んだ状態において、燃料電池スタック１５の酸化剤ガスの出入口に近い燃料電池セル５０の酸素濃度が高く、酸化剤ガスの出入口から離れるに従って燃料電池セル５０内の酸素濃度が低下していく。つまり、比較例にかかる燃料電池システムでは、酸素消費処理が進行する中で、複数の燃料電池セル５０の間の酸素濃度に偏りが生じる。
【００３４】
そして、このように複数の燃料電池セル５０の間で酸素濃度に偏りが生じると、特に低い酸素濃度となる燃料電池セル５０においてポンピング現象が生じる。このポンピング現象は、燃料極に取り込まれた燃料ガス（例えば、水素）が反応する酸化剤ガスが不存在であるために、酸化剤極側に再び気体として現われる現象である。そのため、このポンピング現象が発生すると酸化剤極側の酸素濃度が低下する一方で、水素濃度が上昇する現象が現われる。燃料電池システム１では、排出される燃料ガスの濃度が規定により制限されており、酸化剤極側の水素濃度の上昇は規制値を満たすための障害となる。
【００３５】
そこで、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理を行う場合、ＦＣ出力電圧Ｖｍが高い酸素消費処理時のＦＣ出力電流Ｉｍを小さくし、ＦＣ出力電圧Ｖｍの低下に合わせてＦＣ出力電流Ｉｍを大きくしてくような電流制御を負荷制御部２０及び燃料電池側昇圧コンバータ１８により行う。このような実施の形態１にかかる燃料電池システム１の制御を行った場合の燃料電池スタック１５内の酸素濃度の変化について説明する。図６に実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける酸素消費処理による酸素消費の様子を説明する図を示す。
【００３６】
図６に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１により、ＦＣ出力電圧Ｖｍが高いときにＦＣ出力電流Ｉｍを小さくし、その後、ＦＣ出力電圧Ｖｍの低下に合わせてＦＣ出力電流Ｉｍを小さくしていく制御を行うことで、燃料電池スタック１５内の酸素の拡散速度が酸素消費処理の速度に追いつく。これにより、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理が進んでも複数の燃料電池セル５０の間の酸素濃度の偏りが低減される。
【００３７】
ここで、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、負荷制御部２０により酸素消費処理中の燃料電池スタック１５のＦＣ出力電流Ｉｍの制御を行う。そこで、以下で負荷制御部２０において行われるＦＣ出力電流Ｉｍの決定処理を説明する。図７に実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける放電制御の方法を説明するフローチャートを示す。
【００３８】
図７に示す処理は、主に負荷制御部２０の電力分配制御部２１で行われる処理である。図７に示すように電力分配制御部２１は、リチウムイオンバッテリ１２からバッテリ監視情報ＬＭを受け取ると、バッテリ監視情報ＬＭに含まれている入力許容電力Ｐｍ＿ａｌｗを抽出する。そして、抽出した入力許容電力Ｐｍ＿ａｌｗと、コンバータ制御部２２が出力するＦＣ出力電力Ｐｍ＿ｆｃとを用いて、（１）式の右辺の第２項の値を算出するフィードバック処理を行う。なお、このフィードバック処理では、ＦＣ出力電圧Ｖｍを用いるが、ＦＣ出力電圧Ｖｍは、ＦＣ出力電力Ｐｍ＿ｆｃの値に含まれているものであり、フィードバック処理では、ＦＣ出力電力Ｐｍ＿ｆｃの値に含まれるＦＣ出力電圧Ｖｍを用いる。このフィードバック処理で算出される値を、以下では掃引補正値Ｉｃｏｒと称す。
【００３９】
また、電力分配制御部２１内には例えば不揮発性メモリ等に酸素消費処理時目標電流Ｉｔｇｔが格納されている。この酸素消費処理時目標電流Ｉｔｇｔは、（１）式の右辺の第１項の値である。そして、コンバータ制御部２２は、酸素消費処理時目標電流Ｉｔｇｔに掃引補正値Ｉｃｏｒを加算して酸素消費処理時電流（例えば、掃引電流指令値ｉｆｃ＿ｃｍ）を算出する。
【００４０】
上記説明より、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池スタック１５に対して行う酸素消費処理において、ＦＣ出力電圧Ｖｍが高い時にはＦＣ出力電流Ｉｍを小さくし、ＦＣ出力電圧Ｖｍの低下に合わせてＦＣ出力電流Ｉｍを大きくしていく電流制御を行う。これにより、燃料電池スタック１５内の残留酸素の偏りを低減する。そして、このように燃料電池スタック１５内の残留酸素の偏りを防ぐことでポンピング現象を抑制して酸化剤極側への燃料ガスの漏出を低減する。
【００４１】
また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理において発電された電力をリチウムイオンバッテリ１２に充電する。このとき、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池スタック１５に発電させる電力をリチウムイオンバッテリ１２の入力許容電力以下に制限する。リチウムイオンバッテリ１２の入力許容電力は、特に、リチウムイオンバッテリ１２が低温になる状況下において小さくなる。これは、低温環境下では、リチウムイオンバッテリ１２の内部抵抗が高くなるためである。また、低温環境下のリチウムイオンバッテリ１２においては、リチウムイオンの移動速度が低速になるため、充電速度を抑制しなければ負極面にリチウム金属が不可逆析出する問題が生じる。リチウムイオンバッテリ１２はこのような特性を有するが、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理の開始時にＦＣ出力電流Ｉｍを抑制することで、低温下のリチウムイオンバッテリ１２に対する充電される電流が開始からの時間経過と共に増加することになる。このようなことから、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、リチウムイオンバッテリ１２のバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００４２】
また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、酸素消費処理時の燃料電池スタック１５内の残留酸素の偏りをなくすことで、燃料電池スタック１５を構成する全ての燃料電池セル５０を効率よく発電させることができるため、酸素消費処理に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
１  燃料電池システム
１０  モータドライバ
１１  モータ
１２  リチウムイオンバッテリ
１３  システムメインリレースイッチ
１４  バッテリ側昇圧コンバータ
１５  燃料電池スタック
１６  電圧計
１７  電流計
１８  燃料電池側昇圧コンバータ
１９  リレースイッチ
２０  負荷制御部
２１  電力分配制御部
２２  コンバータ制御部
３０  封止弁
３１  分離器
３２  水素ポンプ
３３  排出弁
４０  エアーコンプレッサ
４１  コンプレッサモータ
４２  インタークーラー
４３  気圧センサ
４４  温度センサ
４５  封止弁
４６  入口側調圧バルブ
４７  出口側調圧バルブ
４８  バイパス経路調圧バルブ
４９  マフラ
５０  燃料電池セル
５１  入口側マニホールド
５２  出口側マニホールド
ＬＷ１  負荷配線
ＬＷ２  負荷配線
ＬＭ  バッテリ監視情報
Ｖｍ  ＦＣ出力電圧
Ｉｍ  ＦＣ出力電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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