(57)【要約】【課題】  リフレッシュ制御時に不純物を容易に排出することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応によりそれぞれ発電する第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの入口に接続された供給路と、前記第２燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの出口に接続された排出路と、前記排出路を流れる前記酸化剤ガス中の水分を前記供給路に導入する導入部と、前記第１燃料電池スタックの電圧を低下させることにより前記第１燃料電池スタックのリフレッシュ制御を行い、前記リフレッシュ制御中、前記第２燃料電池スタックを発電させたまま、前記導入部を作動させる制御装置とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応によりそれぞれ発電する第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの入口に接続された供給路と、
前記第２燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの出口に接続された排出路と、
前記排出路を流れる前記酸化剤ガス中の水分を前記供給路に導入する導入部と、
前記第１燃料電池スタックの電圧を低下させることにより前記第１燃料電池スタックのリフレッシュ制御を行い、前記リフレッシュ制御中、前記第２燃料電池スタックを発電させたまま、前記導入部を作動させる制御装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記リフレッシュ制御を行うとき、前記供給路を流れる前記酸化剤ガスの流量を、前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックに要求された電力に従って前記第１燃料電池スタックを発電させる場合の流量より減少させることにより前記第１燃料電池スタックの電圧を低下させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記導入部は、前記水分を前記排出路側から前記供給路側に透過させる膜を備えた加湿器を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記導入部は、前記加湿器に前記排出路を接続する第１制御弁を含み、
前記制御装置は、前記排出路を流れる前記酸化剤ガスの少なくとも一部が前記リフレッシュ制御中に前記加湿器に流れるように前記第１制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記導入部は、前記加湿器に前記供給路を接続する第２制御弁とを含み、
前記制御装置は、前記供給路を流れる前記酸化剤ガスの少なくとも一部が前記リフレッシュ制御中に前記加湿器に流れるように前記第２制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記導入部は、前記排出路を流れる前記酸化剤ガスを前記供給路に送出するポンプを含み、
前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中に前記ポンプを駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記供給路において前記導入部より上流側に設けられ、前記第１燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを有し、
前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中に前記エアコンプレッサの動作を停止制御することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１燃料電池スタックを冷却する冷却媒体を前記第１燃料電池スタックに供給する冷却装置を有し、
前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中、前記冷却媒体の供給量が増加するように、または前記冷却媒体の温度が低下するように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１乃至７の何れか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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電極の白金触媒が時間の経過とともに酸化し、その酸化被膜が白金触媒の表面に蓄積する。さらに白金触媒の表面には、酸化被膜だけでなく、スルホン酸などの不純物も付着する。このため、燃料電池の発電性能は、酸化被膜及び不純物により低下するおそれがある。
【０００３】
これに対し、燃料電池のセル電圧を一時的に低下させることにより、酸化被膜を還元するとともに、不純物を白金触媒から脱離させることにより燃料電池の発電性能を回復する手段がある（例えば特許文献１参照）。なお、このように発電性能の回復のためにセル電圧を一時的に低下させる制御を以下の説明で「リフレッシュ制御」と表記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リフレッシュ制御時、酸化被膜は還元反応により酸素ガスとなってオフガスとともに燃料電池から排出されるが、不純物は固体のまま白金触媒から脱離するため、燃料電池内の液水が少ない場合、液水で十分に不純物を流すことで排出することが難しい。リフレッシュ制御後に不純物が燃料電池内に残っていると、セル電圧を通常の発電時の値に戻したときに不純物が白金触媒の表面に再び付着して発電性能の回復が不十分となるおそれがある。
【０００６】
例えば複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムでは、燃料電池スタックごとの発電性能の回復が不十分である場合、全体の発電性能が大きく低下するおそれがある。
【０００７】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、リフレッシュ制御時に不純物を容易に排出することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応によりそれぞれ発電する第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの入口に接続された供給路と、前記第２燃料電池スタックの前記酸化剤ガスの出口に接続された排出路と、前記排出路を流れる前記酸化剤ガス中の水分を前記供給路に導入する導入部と、前記第１燃料電池スタックの電圧を低下させることにより前記第１燃料電池スタックのリフレッシュ制御を行い、前記リフレッシュ制御中、前記第２燃料電池スタックを発電させたまま、前記導入部を作動させる制御装置とを有する。
【０００９】
上記の構成において、前記制御装置は、前記リフレッシュ制御を行うとき、前記供給路を流れる前記酸化剤ガスの流量を、前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックに要求された電力に従って前記第１燃料電池スタックを発電させる場合の流量より減少させることにより前記第１燃料電池スタックの電圧を低下させてもよい。
【００１０】
上記の構成において、前記導入部は、前記水分を前記排出路側から前記供給路側に透過させる膜を備えた加湿器を含んでもよい。
【００１１】
上記の構成において、前記導入部は、前記加湿器に前記排出路を接続する第１制御弁を含み、前記制御装置は、前記排出路を流れる前記酸化剤ガスの少なくとも一部が前記リフレッシュ制御中に前記加湿器に流れるように前記第１制御弁の開度を制御してもよい。
【００１２】
上記の構成において、前記導入部は、前記加湿器に前記供給路を接続する第２制御弁とを含み、前記制御装置は、前記供給路を流れる前記酸化剤ガスの少なくとも一部が前記リフレッシュ制御中に前記加湿器に流れるように前記第２制御弁の開度を制御してもよい。
【００１３】
上記の構成において、前記導入部は、前記排出路を流れる前記酸化剤ガスを前記供給路に送出するポンプを含み、前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中に前記ポンプを駆動してもよい。
【００１４】
上記の構成において、前記供給路において前記導入部より上流側に設けられ、前記第１燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを有し、前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中に前記エアコンプレッサの動作を停止制御してもよい。
【００１５】
上記の構成において、前記第１燃料電池スタックを冷却する冷却媒体を前記第１燃料電池スタックに供給する冷却装置を有し、前記制御装置は、前記リフレッシュ制御中、前記冷却媒体の供給量が増加するように、または前記冷却媒体の温度が低下するように前記冷却装置を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リフレッシュ制御時に不純物を容易に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例の燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】第２実施例の燃料電池システムを示す構成図である。
【図３】第１及び第２実施例におけるＥＣＵ（Electric Control Unit）の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１及び第２実施例におけるＥＣＵの他の動作を示すフローチャートである。
【図５】第３実施例の燃料電池システムを示す構成図である。
【図６】第３実施例におけるＥＣＵの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】第３実施例の燃料電池システムの変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施例の燃料電池システムの構成）
図１は、第１実施例の燃料電池システム９を示す構成図である。燃料電池システム９は、例えば燃料電池車に搭載され、第１発電システム９ａ、第２発電システム９ｂ、ＥＣＵ１、インバータ（ＩＮＶ）４３、モータ４４、及びスイッチ４５ａ，４５ｂを有する。
【００１９】
第１発電システム９ａは、燃料電池スタック１０ａ、電圧センサ６ａ、カソード供給路２０ａ、カソード排出路２１ａ、バイパス流路２２ａ、エアコンプレッサ３０ａ、インタークーラ３１ａ、三方弁３２ａ、背圧弁３３ａ、及び加湿器３４ａ，３５ａを有する。第１発電システム９ａは、さらに燃料電池スタック１０ａ用のＤＣ（Direct Current）−ＤＣコンバータ（ＦＤＣ）４０ａ、バッテリ４２ａ、バッテリ４２ａ用のＤＣ−ＤＣコンバータ（ＢＤＣ）４１ａ、ラジエータ５０ａ、冷却ポンプ５１ａ、冷却水供給路５２ａ、及び冷却水排出路５３ａを有する。
【００２０】
第２発電システム９ｂは、燃料電池スタック１０ｂ、電圧センサ６ｂ、カソード供給路２０ｂ、カソード排出路２１ｂ、バイパス流路２２ｂ、加湿流路２３ｂ，２４ｂ、エアコンプレッサ３０ｂ、インタークーラ３１ｂ、三方弁３２ｂ，３６ｂ、背圧弁３３ｂ、及び加湿器３４ｂを有する。第２発電システム９ｂは、さらに燃料電池スタック１０ｂ用のＤＣ−ＤＣコンバータ（ＦＤＣ）４０ｂ、バッテリ４２ｂ、バッテリ４２ｂ用のＤＣ−ＤＣコンバータ（ＢＤＣ）４１ｂ、ラジエータ５０ｂ、冷却ポンプ５１ｂ、冷却水供給路５２ｂ、及び冷却水排出路５３ｂを有する。
【００２１】
カソード供給路２０ａ，２０ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに供給される酸化剤ガスが流れる配管であり、カソード排出路２１ａ，２１ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂから排出された酸化剤オフガスが流れる配管である。なお、カソード供給路２０ａは供給路の一例であり、カソード排出路２１ｂは排出路の一例である。
【００２２】
また、バイパス流路２２ａ，２２ｂは、三方弁３２ａ，３２ｂにより一端がカソード供給路２０ａ，２０ｂに接続され、他端がカソード排出路２１ａ，２１ｂに接続されている。このため、酸化剤ガスの一部は、三方弁３２ａ，３２ｂのバイパス流路２２ａ，２２ｂ側の開度に応じてカソード供給路２０ａ，２０ｂからバイパス流路２２ａ，２２ｂを流れてカソード排出路２１ａ，２１ｂに流れる。
【００２３】
また、図示は省略するが、第１発電システム９ａ及び第２発電システム９ｂには、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに供給される燃料ガスが流れる配管としてアノード供給路が設けられ、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂから排出された燃料オフガスが流れる配管としてアノード排出路が設けられている。燃料ガスは一例として水素ガスであり、酸化剤ガスは一例として空気である。
【００２４】
燃料電池スタック１０ａ，１０ｂは、固体高分子形の複数の燃料電池（単セル）が積層された積層体である。燃料ガス及び酸化剤ガスはマニホルドを介して各燃料電池に供給される。各燃料電池には、白金触媒を備える一対の電極と電解質膜とを含む膜電極接合体（MEA： Membrane Electrode Assembly）が設けられており、膜電極接合体において酸化剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素とが電気化学反応することにより発電する。燃料電池は、発電とともに水分を生成する。
【００２５】
酸化剤ガスは、カソード供給路２０ａ，２０ｂから燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに供給されて発電に用いられ、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂから酸化剤オフガスとしてカソード排出路２１ａ，２１ｂに排出される。カソード供給路２０ａ，２０ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの酸化剤ガスの入口である酸化剤ガス供給マニホルド１００ａ，１００ｂにそれぞれ接続されている。また、カソード排出路２１ａ，２１ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの酸化剤ガスの出口である酸化剤ガス排出マニホルド１０１ａ，１０１ｂにそれぞれ接続されている。
【００２６】
カソード供給路２０ａ，２０ｂには、上流側から下流側に向かう方向に沿ってエアコンプレッサ３０ａ，３０ｂ、インタークーラ３１ａ，３１ｂ、三方弁３２ａ，３２ｂ、及び加湿器３４ａ，３４ｂが接続されている。
【００２７】
エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂは、カソード供給路２０ａ，２０ｂを介して燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに酸化剤ガスを供給する。エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂは、カソード供給路２０ａ，２０ｂにおいて、三方弁３２ａ，３２ｂ及びインタークーラ３１ａ，３１ｂより上流側に設けられている。
【００２８】
エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂは、外部から酸化剤ガスを取り込んで圧縮する。圧縮された酸化剤ガスはインタークーラ３１ａ，３１ｂに送られる。エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂはＥＣＵ１により制御される。インタークーラ３１ａ，３１ｂは、圧縮により昇温した酸化剤ガスを冷却する。冷却された酸化剤ガスは三方弁３２ａ，３２ｂに送られる。
【００２９】
酸化剤ガスの一部は三方弁３２ａ，３２ｂからバイパス流路２２ａ，２２ｂに流れてカソード排出路２１ａ，２１ｂから排出される。酸化剤ガスの残りはカソード供給路２０ａ，２０ｂを加湿器３４ａ，３４ｂまで流れる。加湿器３４ａ，３４ｂは、カソード排出路２１ａ，２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分により酸化剤ガスを加湿する。
【００３０】
また、第１発電システム９ａのカソード供給路２０ａにおける三方弁３２ａの下流側かつ加湿器３４ａの上流側には、さらに加湿器３５ａが接続されている。加湿器３５ａは、第２発電システム９ｂのカソード排出路２１ｂから導入された水分により酸化剤ガスを加湿する。
【００３１】
加湿器３４ａ，３４ｂ，３５ａは、例えば中空糸などの膜３４０ａ，３４０ｂ，３５０ａの一方側に、湿度が相対的に高いカソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスの少なくとも一部を通過させる。また、加湿器３４ａ，３４ｂ，３５ａは、膜３４０ａ，３４０ｂ，３５０ａの他方側に、湿度が相対的に低いカソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの少なくとも一部を通過させる。これにより、加湿器３４ａ，３４ｂ，３５ａは、膜３４０ａ，３４０ｂ，３５０ａを介して水分を透過させて加湿を行うが、これに限定されることはなく、他の加湿方式が用いられてもよい。
【００３２】
カソード排出路２１ａ，２１ｂには、加湿器３４ａ，３４ｂ及び背圧弁３３ａ，３３ｂが接続されている。加湿器３４ａ，３４ｂは、カソード排出路２１ａ，２１ｂを流れる酸化剤オフガス中から水分を取り出して酸化剤ガスの加湿に用いる。背圧弁３３ａ，３３ｂは酸化剤オフガスの背圧を調整する。
【００３３】
また、第２発電システム９ｂのカソード排出路２１ｂにおける加湿器３４ｂの下流側かつ背圧弁３３ｂの上流側には三方弁３６ｂが接続されている。三方弁３６ｂは、加湿器３５ａに接続された加湿流路２３ｂにも接続されている。三方弁３６ｂの加湿流路２３ｂ側の開度はＥＣＵ１により制御される。
【００３４】
カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスの少なくとも一部は、三方弁３６ｂの加湿流路２３ｂ側の開度に応じて加湿流路２３ｂを流れて加湿器３５ａに導かれる。加湿器３５ａでは、酸化剤オフガス中の水分が膜３５０ａを透過してカソード供給路２０ａに移動する。加湿器３５ａで加湿に用いられた酸化剤オフガスは、加湿流路２４ｂを流れてカソード排出路２１ｂに戻る。なお、加湿器３５ａ、三方弁３６ｂ、及び加湿流路２３ｂ，２４ｂは、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤ガス中の水分をカソード供給路２０ａに導入する導入部の一例である。また、三方弁３６ｂは第１制御弁の一例である。
【００３５】
ラジエータ５０ａ，５０ｂ及び冷却ポンプ５１ａ，５１ｂは、冷却装置の一例であり、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに冷却水を供給する。冷却水は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂを冷却する冷却媒体の一例である。
【００３６】
ラジエータ５０ａ，５０ｂは、冷却水が流れる冷却水供給路５２ａ，５２ｂ及び冷却水排出路５３ａ，５３ｂにより燃料電池スタック１０ａ，１０ｂと接続されている。冷却水は、ラジエータ５０ａ，５０ｂから冷却水供給路５２ａ，５２ｂを通って燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに流れる。
【００３７】
燃料電池スタック１０ａ，１０ｂは発電により熱を生ずるが、冷却水で冷却されることにより昇温が抑制される。冷却に用いられた冷却水は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂから冷却水排出路５３ａ，５３ｂを通ってラジエータ５０ａ，５０ｂに戻る。
【００３８】
冷却水供給路５２ａ，５２ｂには、冷却ポンプ５１ａ，５１ｂが設けられている。冷却ポンプ５１ａ，５１ｂは冷却水を燃料電池スタック１０ａ，１０ｂに送出する。これにより、冷却水は燃料電池スタック１０ａ，１０ｂとラジエータ５０ａ，５０ｂの間を循環する。ラジエータ５０ａ，５０ｂ及び冷却ポンプ５１ａ，５１ｂの動作はＥＣＵ１により制御される。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂは、トランジスタなどのスイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング制御により燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの出力電圧を昇圧する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂの昇圧動作はＥＣＵ１により制御される。インバータ４３は、トランスやトランジスタなどを含み、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの出力電流を直流電流から交流電流に変換する。インバータ４３には、燃料電池車の車輪（不図示）を駆動するモータ４４が接続されている。モータ４４は交流電流により回転する。
【００４０】
インバータ４３とＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂはスイッチ４５ａ，４５ｂを介して接続されている。スイッチ４５ａ，４５ｂは、ＥＣＵ１によりオンオフ制御される。これにより、スイッチ４５ａは燃料電池スタック１０ａ及びバッテリ４２ａとインバータ４３を電気的に接続または切断し、スイッチ４５ｂは燃料電池スタック１０ｂ及びバッテリ４２ｂとインバータ４３を電気的に接続または切断する。
【００４１】
なお、本実施形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂと、スイッチ４５ａ，４５ｂとをそれぞれ独立に備える構成を開示しているが、これに限定されない。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂのみを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ内部のスイッチング素子を用いて、燃料電池スタック１０ａ、１０ｂ及びバッテリ４２ａ、４２ｂとインバータ４３とを電気的に接続または切断してもよい。
【００４２】
バッテリ４２ａ，４２ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの電力の余剰分を蓄電する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４１ａ，４１ｂは、トランジスタなどのスイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング制御によりバッテリ４２ａ，４２ｂの出力電圧を昇圧する。バッテリ４２ａ，４２ｂの電力は、例えばインバータ４３を介してモータ４４に供給される。
【００４３】
電圧センサ６ａ，６ｂは燃料電池スタック１０ａ，１０ｂのセル電圧を検出する。電圧センサ６ａ，６ｂは、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂ内の単セルごとに設けられてもよいし何れか１つの単セルだけに設けられてもよい。
【００４４】
ＥＣＵ１は、制御装置の一例であり、燃料電池システム９の動作を制御する。ＥＣＵ１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵを駆動するプログラム及び各種のデータなどが格納されたメモリを有する。
【００４５】
ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの出力電流を調整するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂを制御する。出力電流の調整手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂの制御に限定されず、例えば燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの電気的負荷を制御することによっても出力電流が変化する。
【００４６】
また、ＥＣＵ１は、供給される酸化剤ガスの流量を調整するため、エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂを制御する。ＥＣＵ１は、エアコンプレッサ３０ａ，３０ｂを制御することにより、出力電流を得るのに必要な酸化剤ガスの流量を調整する。また同様に、不図示のインジェクタを制御することにより、出力電流を得るのに必要な燃料ガスの流量を調整する。
【００４７】
また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの温度を調整するため、ラジエータ５０ａ，５０ｂ及び冷却ポンプ５１ａ，５１ｂの少なくとも一方を制御する。例えばラジエータ５０ａ，５０ｂにファンが備えられている場合、ＥＣＵ１は、ファンの回転数を制御することにより冷却水の温度を変化させて燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの温度を調整する。また、ＥＣＵ１は、例えば冷却ポンプ５１ａ，５１ｂの出力を制御することにより冷却水の供給量を変化させて燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの温度を調整する。
【００４８】
本例では、第１発電システム９ａの燃料電池スタック１０ａ内の燃料電池の白金触媒の酸化及び触媒表面への不純物の付着により発電性能が低下した場合を挙げる。ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの発電性能を回復させるため、燃料電池スタック１０ａの出力電圧を所定値以下に低下させることにより燃料電池スタック１０ａをリフレッシュ制御する。
【００４９】
例えばＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの通常の発電に必要な燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を維持しながら、燃料電池スタック１０ａの出力電流が増加するようにＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａを制御する。燃料電池スタック１０ａの出力電流が増加すると、燃料電池の電流に対する電圧の変化特性に従って燃料電池スタック１０ａの出力電圧が低下する。これにより、燃料電池スタック１０ａ内の各燃料電池のセル電圧が、リフレッシュ制御に必要な下限値を一時的に下回る。このため、燃料電池スタック１０ａの発電性能が回復する。
【００５０】
ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａから所定の出力電流を掃引しつつ、燃料電池スタック１０ａへ供給する酸化剤ガスの流量を減少させることによりセル電圧を低下させてもよい。酸化剤ガスの流量の減少に伴い、セル電圧は低下する。例えばＥＣＵ１は、エアコンプレッサ３０ａの出力を低下させることによりカソード供給路２０ａの酸化剤ガスの流量を減少させる。これにより、燃料電池スタック１０ａ内の各燃料電池のセル電圧が、リフレッシュ制御に必要な下限値を一時的に下回る。このため、燃料電池スタック１０ａの発電性能が回復する。ここで、所定の出力電流とは一定の電流とは限らない。一般に、酸化剤ガスの流量を減少させた場合、電気化学反応に必要な酸化剤ガスの流量を確保できないため、ＥＣＵ１が指示した要求電流を維持できずに、実際に発電される電流が低下する場合がある。
【００５１】
リフレッシュ制御時、白金触媒に付着した酸化被膜は還元反応により酸素ガスとなってオフガスとともに燃料電池から排出されるが、白金触媒に付着した不純物は固体のまま白金触媒から脱離するため、燃料電池スタック１０ａ内の液水が少ない場合、液水で不純物を流すことで排出することが難しい。リフレッシュ制御後に不純物が燃料電池スタック１０ａ内に残っていると、セル電圧を通常の発電時の値に戻したときに不純物が白金触媒の表面に再び付着して発電性能の回復が不十分となるおそれがある。
【００５２】
そこで、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御中、第２発電システム９ｂの燃料電池スタック１０ｂを発電させたまま、燃料電池スタック１０ｂの発電により生成された水分が発電中の第２発電システム９ｂのカソード排出路２１ｂから第１発電システム９ａのカソード供給路２０ａに導入されるように三方弁３６ｂの加湿流路２３ｂ側の開度を制御する。ＥＣＵ１が三方弁３６ｂを作動させることにより、水分がカソード排出路２１ｂからカソード供給路２０ａに導入される。これにより、カソード排出路２１ｂ内の酸化剤オフガスの少なくとも一部が加湿器３５ａに導かれる。
【００５３】
第２発電システム９ｂの燃料電池スタック１０ｂは、リフレッシュ制御中ではなく、通常の発電中であるため、カソード排出路２１ｂ内の酸化剤オフガスには、発電により生成された水分が十分に含まれている。酸化剤オフガス中の水分は、加湿器３５ａによりカソード供給路２０ａ内の酸化剤ガスの加湿に用いられることによりカソード供給路２０ａ内に移動する。
【００５４】
加湿器３５ａから導入された水分は、エアコンプレッサ３０ａにより圧送される酸化剤ガスとともにカソード供給路２０ａ内を流れて燃料電池スタック１０ａに流れ込む。このため、リフレッシュ制御中の燃料電池スタック１０ａ内の水分量は、加湿器３５ａにより導入された分だけ増加する。これにより、燃料電池スタック１０ａは、リフレッシュ制御により白金触媒から脱離した不純物を流し出すための液水を十分に確保することができる。したがって、燃料電池システム９は、リフレッシュ制御時に不純物を容易に排出することができる。
【００５５】
このとき、加湿器３５ａは、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスを、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分により加湿する。このため、水分だけがカソード排出路２１ｂからカソード供給路２０ａに移動し、酸化剤オフガスは燃料電池スタック１０ａに流れ込まない。したがって、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａへ供給される酸素の流量をエアコンプレッサ３０ａの制御により調整することができる。
【００５６】
また、三方弁３６ｂは、加湿器３５ａにカソード排出路２１ｂを接続する。ＥＣＵ１は、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスの少なくとも一部がリフレッシュ制御中に加湿器３５ａに流れるように三方弁３６ｂの加湿流路２３ｂ側の開度を制御する。このため、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスは、一部が三方弁３６ｂから加湿流路２３ｂを通って加湿器３５ａに流れ、残りがカソード排出路２１ｂに沿って三方弁３６ｂから背圧弁３３ｂを通って排出される。したがって、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａに供給される水分量を三方弁３６ｂの開度により調整することができる。
【００５７】
また、燃料電池スタック１０ａは、不純物をより効果的に流し出すため、多くの液水を確保することが好ましい。このため、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの温度が低下するように、ラジエータ５０ａまたは冷却ポンプ５１ａを制御する。
【００５８】
このとき、例えばＥＣＵ１は、冷却ポンプ５１ａの出力を増加させることにより冷却水の供給量を増加させてもよいし、ラジエータ５０ａのファンの回転数を増加させることにより冷却水の温度を低下させてもよい。これにより燃料電池スタック１０ａの温度が低下すると、燃料電池スタック１０ａ内の飽和水蒸気量も低下するため、水分が水蒸気より液水になりやすい。このため、液水の量が増加し、リフレッシュ制御時に不純物をより効果的に流し出すことが可能となる。
【００５９】
（第２実施例の燃料電池システムの構成）
第１実施例では、カソード排出路２１ｂから加湿器３５ａに流れ込む酸化剤オフガスの流量が調整されるが、これとは逆に、カソード供給路２０ａから加湿器に流れ込む酸化剤ガスの流量が調整されてもよい。
【００６０】
図２は、第２実施例の燃料電池システム９を示す構成図である。図２において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６１】
本例の燃料電池システム９は、第１実施例の加湿器３５ａ、三方弁３６ｂ、及び加湿流路２３ｂ，２４ｂに代えて、加湿器３５ｂ、三方弁３６ａ、及び加湿流路２３ａ，２４ａを有する。三方弁３６ａは、カソード供給路２０ａにおける三方弁３２ａの下流側かつ加湿器３４ａの上流側に接続されている。三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度はＥＣＵ１により制御される。
【００６２】
加湿流路２３ａは、一端が三方弁３６ａに接続され、他端が加湿器３５ｂに接続されている。加湿流路２４ａは、一端がカソード供給路２０ａに接続され、他端が加湿器３５ｂに接続されている。
【００６３】
カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの少なくとも一部は、三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度に応じて加湿流路２３ａから加湿器３５ｂに導かれる。加湿器３５ｂは、加湿流路２３ａ，２４ａ及びカソード排出路２１ｂに接続されている。加湿器３５ｂは、加湿流路２３ａから流れ込んだ酸化剤ガスを、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分により加湿する。加湿器３５ｂは、例えば中空糸や膜を介して水分を移動させることにより加湿を行うが、これに限定されることはなく、他の加湿方式が用いられてもよい。加湿された酸化剤ガスは、加湿流路２４ａを流れてカソード供給路２０ａに戻る。
【００６４】
これにより、第１実施例と同様に、カソード排出路２１ｂ内の水分が加湿器３５ｂを介してカソード供給路２０ａに導入され燃料電池スタック１０ａに供給される。なお、加湿器３５ｂ、三方弁３６ａ、及び加湿流路２３ａ，２４ａは、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤ガス中の水分をカソード供給路２０ａに導入する導入部の一例である。
【００６５】
ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御中に水分が発電中の第２発電システム９ｂのカソード排出路２１ｂから第１発電システム９ａのカソード供給路２０ａに導入されるように三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度を制御する。このため、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスは、一部が三方弁３６ａから加湿流路２３ａを通って加湿器３５ｂに流れ、残りがカソード供給路２０ａに沿って三方弁３６ａから燃料電池スタック１０ａに供給される。
【００６６】
加湿器３５ｂは、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの少なくとも一部を、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分により加湿する。加湿器３５ｂは、水分をカソード排出路２１ｂ側からカソード供給路２０ａ側に透過させる膜３５０ｂを備える。このため、水分だけがカソード排出路２１ｂからカソード供給路２０ａに移動することができる。
【００６７】
また、三方弁３６ａは、加湿器３５ｂにカソード供給路２０ａを接続する。ＥＣＵ１は、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの少なくとも一部がリフレッシュ制御中に加湿器３５ｂに流れるように三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度を制御する。このため、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａに供給される水分量を三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度により調整することができる。
【００６８】
したがって、燃料電池スタック１０ａは、第１実施例と同様に、リフレッシュ制御時、カソード排出路２１ｂから供給された水分により不純物を容易に排出することができる。
【００６９】
なお、本例の加湿器３５ｂに、第１実施例の加湿流路２３ｂ，２４ｂ及び三方弁３６ｂを追加で接続してもよい。この場合、ＥＣＵ１は、三方弁３６ａの加湿流路２３ａ側の開度を制御することにより、加湿器３５ｂに流れる酸化剤ガスの流量を調整することができるだけでなく、三方弁３６ｂの加湿流路２３ｂ側の開度を制御することにより、加湿器３５ｂに流れる酸化剤オフガスの流量を調整することができる。
【００７０】
（第１及び第２実施例のＥＣＵの動作）
図３は、第１及び第２実施例におけるＥＣＵ１の動作の一例を示すフローチャートである。本動作に先立ち、ＥＣＵ１は、水分がカソード排出路２１ｂから加湿器３５ａ，３５ｂを介してカソード供給路２０ａに移動しないように三方弁３６ｂ，３６ａの加湿流路２３ｂ，２３ａ側の開度を０（閉塞状態）とする。また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電するようにスイッチ４５ａ，４５ｂをオン状態とする。
【００７１】
まず、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａのリフレッシュ制御が必要か否かを判定する（ステップＳｔ１）。ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの白金触媒の酸化や不純物の付着による発電性能の低下を検出することによりリフレッシュ制御の要否を判定する。発電性能の低下は、例えば燃料電池スタック１０ａが、要求された所定の電流値で発電したときの実際の出力電圧を、電流値に応じた閾値と比較することにより検出される。ここで閾値は、燃料電池スタック１０ａの白金触媒が酸化や不純物の付着により発電性能低下していないときの値に基づいて決定されてもよく、例えば要求された電流値に応じた閾値がＥＣＵ１内にマップとして記憶されていてもよい。
【００７２】
また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの稼働時間をタイマなどから取得し、稼働時間が所定時間を超える場合、発電性能が低下したとみなしてリフレッシュ制御が必要であると判定してもよい。ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御が不必要であると判定した場合（ステップＳｔ１のＮｏ）、所定の時間（例えば１秒、１分、または１時間）だけ待機し（ステップＳｔ１３）、再びステップＳｔ１以降の各処理を行う。
【００７３】
また、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御が必要であると判定した場合（ステップＳｔ１のＹｅｓ）、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂ全体に要求される電力（以下、「要求電力」と表記）Ｐｒｅｑを取得する（ステップＳｔ２）。要求電力Ｐｒｅｑは、例えば不図示のアクセルペダルの開度センサなどから取得される。
【００７４】
次に、ＥＣＵ１は、要求電力Ｐｒｅｑを閾値ＴＨｒｅｑと比較する（ステップＳｔ３）。ここで、閾値ＴＨｒｅｑは、例えば燃料電池スタック１０ｂの電力の最大値に基づき決定される。
【００７５】
ＥＣＵ１は、要求電力Ｐｒｅｑが閾値ＴＨｒｅｑ以上である場合（ステップＳｔ３のＮｏ）、要求電力Ｐｒｅｑに従って燃料電池スタック１０ａ，１０ｂそれぞれを発電させる（ステップＳｔ４）。ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電する電力の合計が要求電力Ｐｒｅｑを満たすように、例えばエアコンプレッサ３０ａ，３０ｂやＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂを制御する。その後、ＥＣＵ１は、所定時間だけ待機し（ステップＳｔ１３）、再びステップＳｔ１以降の各処理を行う。
【００７６】
後述するように、リフレッシュ制御時、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａに供給する酸化剤ガスの流量を低下させるため、燃料電池スタック１０ａの電力はステップＳｔ４で通常の発電を行う場合より大きく減少し、ゼロに近い値となる。このため、ＥＣＵ１は、要求電力Ｐｒｅｑが閾値ＴＨｒｅｑ以上である場合（ステップＳｔ３のＮｏ）、リフレッシュ制御を行うと、燃料電池スタック１０ｂが発電しても要求電力Ｐｒｅｑが満たされなくなると判断し、ステップＳｔ５以降の各処理を実行せずに、再びステップＳｔ１以降の各処理を行う。
【００７７】
一方、ＥＣＵ１は、要求電力Ｐｒｅｑが閾値ＴＨｒｅｑより小さい場合（ステップＳｔ３のＹｅｓ）、ステップＳｔ５以降の各処理を行う。
【００７８】
まず、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ｂを発電させたまま、リフレッシュ制御対象の燃料電池スタック１０ａの発電を休止させる（ステップＳｔ５）。このとき、ＥＣＵ１は、スイッチ４５ａをオフ状態にすることにより燃料電池スタック１０ａとインバータ４３の電気的接続を切断する。これにより、燃料電池スタック１０ａは、電気的負荷が実質的にないため、発電が休止した状態となる。この状態において、燃料電池スタック１０ａの出力電流はゼロになり、燃料電池スタック１０ａの電圧は開放電圧となる。
【００７９】
なお、燃料電池スタック１０ａの発電を休止させるステップ（ステップＳｔ５）は、必ずしも実行されなくてもよい。例えば、燃料電池スタック１０ａの発電を休止させずに、比較的に小さい一定電流で発電を継続するアイドル運転状態とした後に、次のステップＳｔ６以降の処理が実行されてもよい。
【００８０】
また、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御を行わない燃料電池スタック１０ｂの電力が要求電力Ｐｒｅｑを満たすように、エアコンプレッサ３０ｂの制御によって燃料電池スタック１０ｂに供給される酸化剤ガスの流量を制御する。さらにＥＣＵ１は、不図示のインジェクタを制御することにより燃料ガスの流量を制御する。これにより、燃料電池スタック１０ａが発電を休止しても、燃料電池スタック１０ｂは通常の発電を行うため、要求電力Ｐｒｅｑが満たされるとともに、リフレッシュ制御対象の燃料電池スタック１０ａに供給するための水分が確保される。
【００８１】
ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御を行うとき、水分がカソード排出路２１ｂから加湿器３５ａ，３５ｂを介してカソード供給路２０ａに導入されるように三方弁３６ｂ，３６ａを開弁する（ステップＳｔ６）。これにより、通常の発電中の燃料電池スタック１０ｂからリフレッシュ制御対象の燃料電池スタック１０ａに、発電で生成された水分が供給される。
【００８２】
次にＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの温度が低下するようにラジエータ５０ａまたは冷却ポンプ５１ａを制御する（ステップＳｔ７）。例えばＥＣＵ１は、ラジエータ５０ａのファンの回転数を増加させることにより冷却水の温度を低下させてもよいし、冷却ポンプ５１ａの回転数を増加させることにより冷却水の流量を増加させてもよい。これにより、燃料電池スタック１０ａ内の水蒸気が液水に変化して液水の量が増加するため、リフレッシュ制御時に白金触媒から脱離した不純物をより効果的に流し出すことが可能となる。
【００８３】
なお、燃料電池スタック１０ａの温度が低下するようにラジエータ５０ａまたは冷却ポンプ５１ａを制御する処理（ステップＳｔ７）は、必ずしも実行されなくてもよい。燃料電池スタック１０ａの温度を低下させなくても、燃料電池スタック１０ｂの発電により生成された水分を燃料電池スタック１０ａに導入することにより、燃料電池スタック１０ａのリフレッシュ制御中の液水量を増加させることができるため、不純物を好適に流し出すことができる。
【００８４】
次にＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａの発電を再開する（ステップＳｔ８）。このとき、ＥＣＵ１は、スイッチ４５ａをオンにすることにより燃料電池スタック１０ａとインバータ４３を電気的に接続する。
【００８５】
次にＥＣＵ１は、エアコンプレッサ３０ａを制御することにより燃料電池スタック１０ａに供給される酸化剤ガスの流量が通常の発電時よりも少なくなるように制御する。（ステップＳｔ９）。より具体的には、酸化剤ガスのストイキ比が１よりも小さくなるように酸化剤ガスの流量を制御する。ここでストイキ比とは、燃料電池スタック１０ａに要求された電流を発生させる電気化学反応に必要な酸化剤ガスの流量に対する、実際に燃料電池スタック１０ａに供給される酸化剤のガスの流量の比を指す。このとき、燃料電池スタック１０ａは、燃料電池スタック１０ａ内に残存する酸化剤ガス量が急速に減少するため、燃料電池スタック１０ａの出力電圧も急速に低下する。
【００８６】
このように、ＥＣＵ１は、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの流量を、ステップＳｔ４での制御のように要求電力Ｐｒｅｑに従って燃料電池スタック１０ａを発電させる場合の流量より減少させることにより燃料電池スタック１０ａの電圧を低下させる。これにより、燃料電池スタック１０ａのリフレッシュ制御が行われる。
【００８７】
上記のリフレッシュ制御中に燃料電池スタック１０ａの発電により生成される水分量は、カソード供給路２０ａを流れる酸化剤ガスの流量の減少により減少する。しかし、通常の発電中の燃料電池スタック１０ｂからリフレッシュ制御中の燃料電池スタック１０ａに水分が供給されるため、燃料電池スタック１０ａは、白金触媒から脱離した不純物を十分に流し出すことが可能となる。
【００８８】
また、燃料電池スタック１０ａの発電により生成される水分量は、酸化剤ガスの流量の減少制御により出力電圧を低下させる場合、通常の発電に必要な酸化剤ガスの流量を供給しつつ、出力電流の増加制御のみで出力電圧を低下させる場合より少なくなる。このため、酸化剤ガスの流量の減少制御を行う場合には、通常の発電中の燃料電池スタック１０ｂから排出された水分を、加湿器３５ａ，３５ｂを介して燃料電池スタック１０ａに供給することにより、リフレッシュ制御時に生じた不純物を流し出す効果が、より顕著になる。
【００８９】
次にＥＣＵ１は、電圧センサ６ａから燃料電池スタック１０ａのセル電圧Ｅを取得する（ステップＳｔ１０）。このとき、ＥＣＵ１は、例えば燃料電池スタック１０ａの各燃料電池のセル電圧の平均値をセル電圧Ｅとして取得してもよい。
【００９０】
次にＥＣＵ１は、リフレッシュ制御の完了を判断するため、セル電圧Ｅを、リフレッシュ制御に必要な所定のリフレッシュ電圧ＴＨｅと比較する（ステップＳｔ１１）。ＥＣＵ１は、セル電圧Ｅがリフレッシュ電圧ＴＨｅ以上である場合（ステップＳｔ１１のＮｏ）、リフレッシュ制御が未完了であると判断して、再びステップＳｔ１０以降の各処理を実行する。
【００９１】
また、ＥＣＵ１は、セル電圧Ｅがリフレッシュ電圧ＴＨｅより小さい場合（ステップＳｔ１１のＹｅｓ）、リフレッシュ制御が完了したと判断して、リフレッシュ制御を停止する（ステップＳｔ１２）。このとき、ＥＣＵ１は、三方弁３６ａ，３６ｂの開度及び燃料電池スタック１０ａの酸化剤ガスの供給量をステップＳｔ５以前の状態に戻す。
【００９２】
このようにしてＥＣＵ１は動作する。なお、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御によりセル電圧Ｅがリフレッシュ電圧ＴＨｅに達するまでの所要時間がわかっている場合、ステップＳｔ１１の判定に代えて、ステップＳｔ９の処理の完了から所定時間が経過したか否かを判定してもよい。
【００９３】
（第１及び第２実施例のＥＣＵの他の動作）
ＥＣＵ１は、上記の動作とは異なり、燃料電池スタック１０ａに供給される酸化剤ガスの流量を要求電力Ｐｒｅｑに従った流量に維持したまま、燃料電池スタック１０ａの出力電流を増加させることによりリフレッシュ制御を行ってもよい。
【００９４】
図４は、第１及び第２実施例におけるＥＣＵ１の動作の他の例を示すフローチャートである。図４において、図３と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００９５】
本動作に先立ち、ＥＣＵ１は、水分がカソード排出路２１ｂから加湿器３５ａ，３５ｂを介してカソード供給路２０ａに移動しないように三方弁３６ｂ，３６ａの加湿流路２３ｂ，２３ａ側の開度を０（閉塞状態）とする。また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電するようにスイッチ４５ａ，４５ｂをオン状態とする。
【００９６】
まず、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂ全体の要求電力Ｐｒｅｑを取得する（ステップＳｔ１ａ）。次にＥＣＵ１は、要求電力Ｐｒｅｑに従って燃料電池スタック１０ａ，１０ｂそれぞれを発電させる（ステップＳｔ２ａ）。ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電する電力の合計が要求電力Ｐｒｅｑを満たすように、例えばエアコンプレッサ３０ａ，３０ｂやＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａ，４０ｂを制御する。
【００９７】
次にＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａのリフレッシュ制御が必要か否かを判定する（ステップＳｔ３ａ）。この判定は、上記のステップＳｔ１の判定と同様の手法により行われる。ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御が不必要であると判定した場合（ステップＳｔ３ａのＮｏ）、所定の時間だけ待機し（ステップＳｔ１３）、再びステップＳｔ１ａ以降の各処理を行う。
【００９８】
また、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御が必要であると判定した場合（ステップＳｔ３ａのＹｅｓ）、上記のステップＳｔ６，Ｓｔ７の処理を実行する。
【００９９】
次にＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａに供給される酸化剤ガスの流量を、ステップＳｔ２ａにおける通常の発電時の流量に維持したまま、燃料電池スタック１０ａの出力電流を増加させる（ステップＳｔ９ａ）。このとき、ＥＣＵ１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ４０ａを電気的に制御することにより燃料電池スタック１０ａの出力電流を増加させる。燃料電池スタック１０ａの出力電圧は、出力電流の増加に伴い、酸化剤ガスが多い場合の電流−電圧特性に従って低下する。これにより、燃料電池スタック１０ａの出力電圧はリフレッシュ電圧ＴＨｅを下回る。
【０１００】
また、燃料電池スタック１０ａの出力電流の増加により、燃料電池スタック１０ａが発電する電力は、ステップＳｔ２ａにおける通常の発電による電力より増加する。このとき、ＥＣＵ１は、通常の発電を行う燃料電池スタック１０ｂの電力が減少するように例えばエアコンプレッサ３０ｂを制御することにより、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂの合計の電力が要求電力Ｐｒｅｑとなるように調整することができる。ここで、要求電力Ｐｒｅｑが小さい場合、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電した電力の合計が要求電力Ｐｒｅｑを超えることがあるが、この場合、要求電力Ｐｒｅｑを超える余剰分の電力はバッテリ４２ａ，４２ｂに蓄電される。
【０１０１】
その後、ＥＣＵ１は、ステップＳｔ１０〜Ｓｔ１２の各処理を実行する。このようにして、ＥＣＵ１は動作する。
【０１０２】
（第３実施例の燃料電池システムの構成）
第１及び第２実施例では、燃料電池スタック１０ｂの発電により生成された水分が、カソード排出路２１ｂから加湿器３５ａ，３５ｂを介してカソード供給路２０ａに移動するが、カソード排出路２１ｂからポンプを介してカソード供給路２０ａに移動してもよい。
【０１０３】
図５は、第３実施例の燃料電池システム９を示す構成図である。図５において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１０４】
本例の燃料電池システム９は、第１実施例の加湿器３５ａ、三方弁３６ｂ、及び加湿流路２３ｂ，２４ｂに代えて、中継ポンプ３８ｂ、三方弁３７ｂ、及び中継流路２５ｂを有する。三方弁３７ｂは、カソード排出路２１ｂにおける背圧弁３３ｂの上流側かつ加湿器３４ｂの下流側に接続されている。三方弁３７ｂの中継流路２５ｂ側の開度はＥＣＵ１により制御される。
【０１０５】
中継流路２５ｂは、一端が三方弁３７ｂに接続され、他端がカソード供給路２０ａに接続されている。中継ポンプ３８ｂは、ポンプの一例であり、中継流路２５ｂ上に設けられている。中継ポンプ３８ｂ、三方弁３７ｂ、及び中継流路２５ｂは、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分をカソード供給路２０ａに導入する導入部の一例である。
【０１０６】
カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスの少なくとも一部は、三方弁３７ｂの中継流路２５ｂ側の開度に応じて中継流路２５ｂに流れる。中継ポンプ３８ｂは、ＥＣＵ１の制御に従って駆動されることにより酸化剤オフガスをカソード供給路２０ａに送出する。酸化剤オフガスには、燃料電池スタック１０ｂの発電により生じた水分が含まれるため、酸化剤オフガス中の水分はカソード供給路２０ａから燃料電池スタック１０ａに導入される。
【０１０７】
これにより、燃料電池スタック１０ａは、リフレッシュ制御時に白金触媒から脱離した不純物を容易に排出することができる。
【０１０８】
また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａのリフレッシュ制御時、中継ポンプ３８ｂを駆動するため、燃料電池スタック１０ａには、第１及び第２実施例とは異なり、水分だけではなく、水分を含む酸化剤オフガスごと燃料電池スタック１０ａに供給される。このため、燃料電池スタック１０ａは、酸化剤オフガス中の低濃度の酸素により発電する。
【０１０９】
このとき、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御時にエアコンプレッサ３０ａの動作を停止制御することにより、燃料電池スタック１０ａを、カソード供給路２０ａからの低濃度の酸素のみで発電させることができる。このとき、燃料電池スタック１０ａが発電する電力は、エアコンプレッサの動作停止前より低くなるため、燃料電池スタック１０ａの出力電圧をリフレッシュ制御に必要なリフレッシュ電圧ＴＨｅまで容易に低下させることができる。なお、エアコンプレッサ３０ａが停止しても、中継ポンプ３８ｂが駆動されているため、酸化剤オフガスはカソード排出路２１ｂから燃料電池スタック１０ａまで流れることができる。
【０１１０】
（第３実施例のＥＣＵの動作）
図６は、第３実施例におけるＥＣＵ１のリフレッシュ制御時の動作の一例を示すフローチャートである。図６において、図３と共通する処理には同一の符号を付して、その説明は省略する。本処理に先立ち、ＥＣＵ１は、水分がカソード排出路２１ｂから中継ポンプ３８ｂを介してカソード供給路２０ａに移動しないように中継ポンプ３８ｂを停止し、三方弁３７ｂの中継流路２５ｂ側の開度を０とする。また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック１０ａ，１０ｂが発電するようにスイッチ４５ａ，４５ｂをオン状態とする。
【０１１１】
ＥＣＵ１は、ステップＳｔ５の処理の後、水分がカソード排出路２１ｂから中継ポンプ３８ｂを介してカソード供給路２０ａに導入されるように三方弁３７ｂを開弁する（ステップＳｔ６ａ）。これにより、カソード排出路２１ｂを流れる酸化剤オフガスの一部が、三方弁３７ｂの中継流路２５ｂ側の開度に応じて中継流路２５ｂに流れる。ＥＣＵ１は、三方弁３７ｂの開度の制御により中継流路２５ｂに流れる酸化剤オフガスの流量を調整することができる。
【０１１２】
次にＥＣＵ１は中継ポンプ３８ｂを駆動する（ステップＳｔ６ｂ）。これにより、酸化剤オフガスが中継流路２５ｂからカソード供給路２０ａに導入される。
【０１１３】
ステップＳｔ８の処理の後、ＥＣＵ１は、リフレッシュ制御対象の燃料電池スタック１０ａの酸化剤ガスの供給を停止する（ステップＳｔ９ｂ）。このとき、ＥＣＵ１は、エアコンプレッサ３０ａの動作を停止制御する。このため、燃料電池スタック１０ａは、通常の発電中の燃料電池スタック１０ｂからの酸化剤オフガスのみがカソード供給路２０ａを介して供給され、酸化剤オフガス中の低濃度の酸素により発電する。
【０１１４】
したがって、燃料電池スタック１０ａは、第１実施例のステップＳｔ９のように酸化剤ガスの流量が減少した場合と同様に酸化剤ガスが不足した状態で発電することとなり、出力電圧が低下する。
【０１１５】
また、燃料電池スタック１０ａの発電により生成される水分量は、酸化剤ガスの供給停止により減少する。しかし、通常の発電中の燃料電池スタック１０ｂからリフレッシュ制御中の燃料電池スタック１０ａに酸化剤オフガス中の水分が供給されるため、燃料電池スタック１０ａは、白金触媒から脱離した不純物を十分に流し出すことが可能となる。
【０１１６】
（第３実施例の燃料電池システムの変形例）
これまで、第１発電システム９ａの燃料電池スタック１０ａが、第２発電システム９ｂの燃料電池スタック１０ｂの発電で生成された水分を導入しながらリフレッシュ制御される場合を挙げたが、これに加えてさらに、第２発電システム９ｂの燃料電池スタック１０ｂが、第１発電システム９ａの燃料電池スタック１０ａの発電で生成された水分を導入しながらリフレッシュ制御されてもよい。この場合、燃料電池システム９には、第１発電システム９ａのカソード排出路２１ａから酸化剤オフガスを第２発電システム９ｂのカソード供給路２０ｂに導入するための構成がさらに設けられる。
【０１１７】
図７は、第３実施例の燃料電池システム９の変形例を示す構成図である。図７において、図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１１８】
燃料電池システム９は、図５の構成に加えて、中継ポンプ３８ａ、三方弁３７ａ、及び中継流路２５ａを有する。三方弁３７ａは、カソード排出路２１ａにおける背圧弁３３ａの上流側かつ加湿器３４ａの下流側に接続されている。三方弁３７ａの中継流路２５ａ側の開度はＥＣＵ１により制御される。
【０１１９】
中継流路２５ａは、一端が三方弁３７ａに接続され、他端がカソード供給路２０ｂに接続されている。中継ポンプ３８ａは、中継流路２５ａ上に設けられている。中継ポンプ３８ａ、三方弁３７ａ、及び中継流路２５ａは、カソード排出路２１ａを流れる酸化剤オフガス中の水分をカソード供給路２０ｂに導入する。
【０１２０】
ＥＣＵ１は、上記と同様に、燃料電池スタック１０ｂのリフレッシュ制御中、三方弁３７ａの中継流路２５ａ側の開度を制御し、中継ポンプ３８ａを駆動する。このため、カソード排出路２１ａを流れる酸化剤オフガスが中継流路２５ａを流れてカソード供給路２０ｂに導入され、カソード供給路２０ｂから燃料電池スタック１０ｂに導入される。このため、燃料電池スタック１０ｂは、リフレッシュ制御時に白金触媒から脱離した不純物を酸化剤オフガス中の水分により容易に排出することができる。
【０１２１】
なお、第１実施例の加湿器３５ａ、三方弁３６ｂ、及び加湿流路２３ｂ，２４ｂ、または第２実施例の加湿器３５ｂ、三方弁３６ａ、及び加湿流路２３ａ，２４ａも、本例と同様に、カソード排出路２１ａを流れる酸化剤オフガス中の水分がカソード供給路２０ａに導入されるように追加されてもよい。また、燃料電池システム９は、カソード排出路２１ａ，２１ｂに気液分離器を備えてもよい。この場合、カソード排出路２１ａ，２１ｂを流れる酸化剤オフガス中の水分が、気液分離器により酸化剤オフガスから液水として取り出され、上述したような加湿器やポンプによりカソード供給路２０ｂ，２０ａに導入される。
【０１２２】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１      ＥＣＵ（制御装置）
９      燃料電池システム
１０ａ     第１燃料電池スタック
１０ｂ     第２燃料電池スタック
２０ａ     カソード供給路（供給路）
２１ｂ     カソード排出路（排出路）
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ  加湿流路（導入部）
２５ｂ     中継流路（導入部）
３０ａ     エアコンプレッサ（供給装置）
３５ａ，３５ｂ    加湿器（導入部）
３６ａ     三方弁（導入部、第１制御弁）
３６ｂ     三方弁（導入部、第２制御弁）
３７ｂ     三方弁（導入部）
３８ｂ     中継ポンプ（導入部、ポンプ）
５０ａ     ラジエータ（冷却装置）
５１ａ     冷却ポンプ（冷却装置）
４０ａ，４０ｂ    ＤＣ−ＤＣコンバータ
３５０ａ     膜
【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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