(57)【要約】【課題】負荷の要求に応じた出力を円滑に引き出すことが可能な燃料電池の制御方法を提供する。【解決手段】反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池の制御方法であって、燃料電池の出力状況を監視し、燃料電池の出力が低出力であるか否かを判定する燃料電池低出力判定ステップ（ステップＳ０１）と、燃料電池の出力が低出力である場合に、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求であるか否かを判定するＦＣ高負荷要求判定ステップ（ステップＳ０２）と、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求である場合に、燃料電池の触媒の活性を回復させる触媒リフレッシュ処理ステップ（ステップＳ０３）と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池の制御方法であって、
燃料電池の出力状況を監視し、燃料電池の出力が低出力であるか否かを判定する燃料電池低出力判定ステップと、
燃料電池の出力が低出力である場合に、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求であるか否かを判定する燃料電池高負荷要求判定ステップと、
燃料電池に対する運転要求が高負荷要求である場合に、燃料電池の触媒の活性を回復させる触媒リフレッシュ処理ステップと、
を含む燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車などに搭載される燃料電池の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである。
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力性能が低下したときに、燃料電池の触媒の活性化処理を行うものや、燃料電池の電圧に基づいて触媒を回復させるリフレッシュを行うか否かを判断するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００８−１９２４６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料電池システムを搭載した車両などでは、高電圧にて長時間使用されると燃料電池の触媒活性が低下して最大出力が低下し、車両のトラクションモータへ供給可能な電力も低下する。このような状況では、アクセル開度に対応したドライバーが意図した加速性能が得られにくかった。
【０００４】
そこで、本発明は、負荷の要求に応じた出力を円滑に引き出すことが可能な燃料電池の制御方法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】
【０００５】
本発明の燃料電池の制御方法は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池の制御方法であって、燃料電池の出力状況を監視し、燃料電池の出力が低出力であるか否かを判定する燃料電池低出力判定ステップと、燃料電池の出力が低出力である場合に、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求であるか否かを判定する燃料電池高負荷要求判定ステップと、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求である場合に、燃料電池の触媒の活性を回復させる触媒リフレッシュ処理ステップと、を含む。
【０００６】
かかる制御方法によれば、燃料電池の出力が低く、かつ燃料電池に対する運転要求が高負荷である場合に、触媒の活性を回復させるので、運転要求に応じた高出力を得ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池の制御方法によれば、負荷の要求に応じた出力を円滑に引き出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
本実施形態では、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体（例えば、二輪車や船舶、飛行機、ロボットなど）にも適用可能である。さらに、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
【００１０】
図１は本実施形態に係る燃料電池システム１の概略構成を示す図である。
この車両は、減速ギア１２を介して車輪１３に連結されたトラクションモータ１４を駆動力源として走行する。トラクションモータ１４の電源は、電源システム２１であり、電源システム２１は、燃料電池２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４、制御装置２５などから構成される。電源システム２１から出力される直流は、インバータ２２で三相交流に変換され、トラクションモータ１４に供給される。
【００１１】
燃料電池２３は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池２３は、フッ素系樹脂などで形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜を備え、高分子電解質膜の表面にはＰｔ触媒（電極触媒）が塗布されている。なお、高分子電解質膜に塗布する触媒は白金触媒に限らず、白金コバルト触媒（以下、単に触媒という）などにも適用可能である。
【００１２】
燃料電池２３の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源から空気などの酸化ガスが供給される。
【００１３】
インバータ２２は、例えば複数のスイッチング素子によって構成されたパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御装置２５から与えられる制御指令に応じて燃料電池２３から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ１４へ供給する。トラクションモータ１４は、車輪１３を駆動するためのモータであり、かかるモータの回転数はインバータ２２によって制御される。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、例えば４つのパワー・トランジスタ（スイッチング素子）と専用のドライブ回路（いずれも図示略）によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。
【００１５】
上述した各要素の運転は制御装置２５によって制御される。制御装置２５は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
【００１６】
制御装置２５には、ペダル型のアクセルセンサ３１及びブレーキセンサ３２が接続されている。そして、この制御装置２５は、アクセルセンサ３１及びブレーキセンサ３２の踏み込み量に応じて変動するセンサ信号に基づいて燃料ガス及び酸化ガスの供給量を調整するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４、インバータ２２などのシステム各部を制御する。
【００１７】
次に、制御装置２５による燃料電池２３の制御について説明する。
図２は制御装置２５による燃料電池の制御を示すフローチャートである。
制御装置２５は、燃料電池２３の出力状況を監視し、燃料電池２３の出力が低出力であるか否かの燃料電池低出力判定を行う（ステップＳ０１：燃料電池低出力判定ステップ）。
【００１８】
具体的には、燃料電池２３の下限電圧時ＦＣ電流値が予め設定された第１の閾値より小さいか否かで判定する。
【００１９】
ここで、下限電圧時ＦＣ電流値は、図３に示すように、燃料電池の電圧値が下限電圧（図３中Ａ参照）であるときの最大の電流値（図３中Ｂ参照）である。
【００２０】
上記の判定の結果、燃料電池２３の出力が低出力であると判定されると、燃料電池２３に対する運転要求が高負荷要求であるか否かの燃料電池高負荷要求判定を行う（ステップＳ０２：ＦＣ高負荷要求判定ステップ）。
【００２１】
具体的には、ブレーキセンサ３２のペダルの踏力が予め設定された第２の閾値より小さく、かつアクセルセンサ３１のペダルの踏み込みによるアクセル開度が予め設定された第３の閾値より大きいときに運転要求が高負荷要求であると判定する。
【００２２】
上記の判定の結果、燃料電池２３に対する運転要求が高負荷要求であると判定されると、燃料電池２３に対して触媒リフレッシュ処理を行う（ステップＳ０３：触媒リフレッシュ処理ステップ）。
【００２３】
具体的には、図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４によってＦＣセル電圧を、回復目標電圧として予め設定された第４の閾値まで下げる（図４中Ｃ参照）。その後、コンバータ指令電圧を第４の閾値に維持して酸化ガスをブローして酸素利用率を１００％以上とし（図４中Ｄ参照）、コンバータ２４による電圧降下を解除する。このようにすると、ＦＣセル電圧が還元領域まで下げられ、Ｐｔ触媒の表面の酸化皮膜が還元されて取り除かれ、触媒の回復が図れる。
【００２４】
これにより、燃料電池２３は、触媒リフレッシュ処理により、出力の向上が図られ、高負荷要求の運転要求に対応して出力することができる。
【００２５】
以上、説明したように、上記実施形態にかかる燃料電池システムによれば、燃料電池２３の出力が低く、かつ燃料電池２３に対する運転要求が高負荷である場合に、触媒の活性を回復させるので、運転要求に応じた高出力を得ることができる。
【００２６】
これにより、上記燃料電池システム１を搭載した車両にて、発進時や本線への合流時などの加速が要求される状況においても、アクセル開度に対応したドライバーが意図した円滑な加速性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】燃料電池の制御を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池低出力判定を説明するグラフである。
【図４】触媒リフレッシュ処理を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１…燃料電池システム、２３…燃料電池、２５…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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