(57)【要約】【課題】酸化剤極での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力の低下を低減する。【解決手段】電解質膜１１と、電解質膜１１の一方側に設けられた酸化剤極と、電解質膜１１の他方側に設けられた燃料極とを備え、酸化剤極に供給される酸化剤ガスと燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池１０の制御装置５０は、燃料電池１０の電流電圧特性が所定の基準より低下し、且つ、電解質膜１１が所定の基準より乾燥していない場合に、酸化剤極から排出されるカソードオフガスの圧力を調整するための圧力調整弁２４の開度を絞って酸化剤極のガス圧を上昇させる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、前記電解質膜の他方側に設けられた燃料極とを備え、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスと前記燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池の制御装置であって、
前記燃料電池の電流電圧特性が所定の基準より低下し、且つ、前記電解質膜が所定の基準より乾燥していない場合に、前記酸化剤極から排出されるカソードオフガスの圧力を調整するための圧力調整弁の開度を絞って前記酸化剤極のガス圧を上昇させる制御を行うことを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池の制御装置であって、
前記制御として、高負荷運転から低負荷運転に移行する際の高負荷運転終了後に、前記酸化剤極のガス圧を上昇させる第１の制御を行うことを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池の制御装置であって、
前記第１の制御では前記電流電圧特性の低下を十分に低減できない場合に、前記制御として、低負荷運転から高負荷運転に移行する際の高負荷運転開始前に、前記酸化剤極のガス圧を上昇させる第２の制御を行うことを特徴とする燃料電池の制御装置。
【請求項４】
電解質膜と、前記電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、前記電解質膜の他方側に設けられた燃料極とを備え、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスと前記燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池を制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の制御装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜と、当該電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、他方側に設けられた燃料極とを備え、酸化剤極に供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスと、燃料極に供給される水素を含む燃料ガスとにより発電する燃料電池がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１には、燃料電池の固体高分子電解質の含水状態を最適状態に維持し、安定した電池の運転を可能にする技術が開示されている。具体的には、燃料電池の電流電圧特性が低下し、且つ、固体高分子電解質の電導度が増大した場合には、供給用反応ガス中の水分加湿量を減少させ、燃料電池の電流電圧特性が低下し、且つ、固体高分子電解質の電導度が低い場合には、水分加湿量を増加させるものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、燃料電池の水分状態の診断結果に応じて、酸化剤ガスの圧力と燃料ガスの圧力との圧力差を制御する技術が開示されている。具体的には、特許文献２では、水分が過剰であると診断された場合には、燃料ガスの圧力が酸化剤ガスの圧力に対して高くなるように圧力差を制御し、これにより、空気極側から燃料極側への水の拡散を抑制し、燃料極の電極部位での水の滞留を防止している。一方、水分が不足であると診断された場合には、燃料ガスの圧力が酸化剤ガスの圧力に対して低くなるように圧力差を制御し、これにより、空気極側から燃料極側への水の移動を促進させ、電解質膜への含水が迅速に行われるようにしている。
【０００５】
また、特許文献３には、水素あるいは空気の供給量や圧力の過不足によって燃料電池の電流電圧特性が変化することを利用して、アノード圧力センサおよびカソード圧力センサを用いることなく、アノード圧力とカソード圧力との圧力差を一定にする技術が開示されている。具体的には、特許文献３では、実電圧値が予め記憶された電流電圧特性に基づく基準電圧値より小さかった場合に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力を増加するように補正するものが開示されている。この技術では、実電圧値と基準電圧値とを照合することにより、水素または空気の供給が不足しているか否かを判定できることを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−４７３９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７９１４号公報
【特許文献３】特開２００４−２２０７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池においては、酸化剤極での水分濃度が高いと、酸化剤極の触媒の表面に水が吸着する現象または酸化剤極の触媒の表面に水酸基が生成される現象が生じ、これにより触媒の活性が下がり、燃料電池の出力が低下してしまう。
【０００８】
このような酸化剤極での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力の低下に対する対策は、上記特許文献１〜３のいずれにも開示されていない。
【０００９】
そこで、本発明は、酸化剤極での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力の低下を低減することが可能な燃料電池の制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る燃料電池の制御装置は、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、前記電解質膜の他方側に設けられた燃料極とを備え、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスと前記燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池の制御装置であって、前記燃料電池の電流電圧特性が所定の基準より低下し、且つ、前記電解質膜が所定の基準より乾燥していない場合に、前記酸化剤極から排出されるカソードオフガスの圧力を調整するための圧力調整弁の開度を絞って前記酸化剤極のガス圧を上昇させる制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様では、前記制御として、高負荷運転から低負荷運転に移行する際の高負荷運転終了後に、前記酸化剤極のガス圧を上昇させる第１の制御を行う。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記第１の制御では前記電流電圧特性の低下を十分に低減できない場合に、前記制御として、低負荷運転から高負荷運転に移行する際の高負荷運転開始前に、前記酸化剤極のガス圧を上昇させる第２の制御を行う。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムは、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、前記電解質膜の他方側に設けられた燃料極とを備え、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスと前記燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池と、前記燃料電池を制御する上記いずれかの制御装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、酸化剤極での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力の低下を低減することが可能な燃料電池の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】燃料電池の構成を示す概略断面図である。
【図３】第１の制御におけるカソード背圧および出力電流の一例を示すタイムチャートである。
【図４】第２の制御におけるカソード背圧および出力電流の一例を示すタイムチャートである。
【図５】低負荷運転時および高負荷運転時におけるカソード背圧および出力電流の一例を示すタイムチャートである。
【図６】制御装置により実行される処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池システム１の構成を示す概略図である。この燃料電池システム１は、酸化剤ガスと燃料ガスを用いて発電するシステムであり、本実施の形態では、燃料電池自動車に搭載されるものである。ただし、燃料電池システム１は、燃料電池自動車以外に適用されてもよい。
【００１８】
図１において、燃料電池システム１は、燃料電池１０を有する。この燃料電池１０は、酸化剤ガスと燃料ガスとの供給を受けて発電する。具体的には、酸化剤ガスは、酸素を含む空気等のガスであり、燃料ガスは、水素を含むガスであり、燃料電池１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する。燃料電池１０は、例えば、固体高分子電解質型の燃料電池である。
【００１９】
図２は、燃料電池１０の構成を示す概略断面図である。以下、図２を参照して、燃料電池１０の構成について説明する。なお、本実施の形態では、燃料電池１０は、多数の単セルが積層されたスタック構造を有するものであるが、図２では、便宜上、単一のセルが示されている。
【００２０】
図２において、燃料電池１０は、電解質膜１１と、電解質膜１１の一方の面に設けられた酸化剤極（カソードと呼ばれる）１２と、電解質膜１１の他方の面に設けられた燃料極（アノードと呼ばれる）１３とを含む。具体的には、燃料電池１０は、電解質膜１１に酸化剤極１２および燃料極１３が接合されてなる膜電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）を含む。
【００２１】
酸化剤極１２の外面側には、酸化剤極１２の面に沿って酸化剤極１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路１４が設けられており、燃料極１３の外面側には、燃料極１３の面に沿って燃料極１３に燃料ガスを供給する燃料ガス流路１５が設けられている。具体的には、酸化剤極１２の外面側には、拡散層１６を介して、酸化剤ガス流路１４が形成されたセパレータが設けられ、燃料極１３の外面側には、拡散層１７を介して、燃料ガス流路１５が形成されたセパレータが設けられる。
【００２２】
ここで、燃料電池１０の発電作用について説明する。酸化剤ガス流路１４には、その入口１４Ａを介して酸化剤ガスが供給され、これにより酸化剤極１２に酸化剤ガスが供給される。一方、燃料ガス流路１５には、その入口１５Ａを介して燃料ガスが供給され、これにより燃料極１３に燃料ガスが供給される。燃料電池１０は、酸化剤極１２に供給される酸化剤ガスと燃料極１３に供給される燃料ガスとを用いて発電を行う。具体的には、白金の触媒作用などにより、燃料極１３側では下記式（１）に示される反応が起こり、酸化剤極１２側では下記式（２）に示される反応が起こり、全体としては下記式（３）に示される起電反応が起こる。
【００２３】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  ・・・（１）
２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ  ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  ・・・（３）
【００２４】
そして、酸化剤ガス流路１４からは、その出口１４Ｂを介してカソードオフガスが排出され、燃料ガス流路１５からは、その出口１５Ｂを介してアノードオフガスが排出される。
【００２５】
再び図１を参照すると、酸化剤ガス流路１４の入口には、コンプレッサ２１から供給される空気を酸化剤ガス流路１４に導く酸化剤供給流路２２が接続されており、酸化剤ガス流路１４の出口には、当該酸化剤ガス流路１４から排出されるカソードオフガスを外部に導く酸化剤排出流路２３が接続されている。酸化剤排出流路２３には、当該流路内のガスの圧力（すなわちカソード背圧）を調整するための圧力調整弁２４が設けられている。なお、図１には示されていないが、酸化剤ガス流路１４に接続される流路２２，２３には、適宜、流路内のガスの圧力を測定する圧力センサや、流路内のガスの流量を測定する流量センサ、流路を開閉するための弁（エアシャットバルブ）、加湿モジュールなどが設けられる。
【００２６】
一方、燃料ガス流路１５の入口には、高圧水素ガスを貯蔵する水素タンク３１から供給される水素を燃料ガス流路１５に導く燃料供給流路３２が接続されており、燃料ガス流路１５の出口には、当該燃料ガス流路１５から排出されるアノードオフガスを燃料供給流路３２に戻す循環流路３３が接続されている。燃料供給流路３２には、当該流路内のガスの圧力を調整する圧力調整弁３４が設けられている。循環流路３３には、水素を循環させるための水素ポンプ３８が設けられている。また、循環流路３３には、燃料ガス流路１５から排出されたアノードオフガスを外部に導く燃料排出流路３５が接続されており、この燃料排出流路３５には、当該流路を開閉するパージ弁３６が設けられている。なお、図１には示されていないが、燃料ガス流路１５に接続される流路３２，３３には、適宜、流路内の圧力を測定する圧力センサや、流路内のガスの流量を測定する流量センサ、流路を開閉するための弁などが設けられる。
【００２７】
燃料電池１０には、外部負荷４１が電気的に接続される。外部負荷４１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータや、当該ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池１０に接続される負荷（例えば、二次電池、キャパシタ、補機、抵抗体など）である。
【００２８】
さらに、燃料電池システム１は、燃料電池１０の出力電圧を測定する電圧センサ４２と、燃料電池の出力電流を測定する電流センサ４３と、燃料電池１０のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部４４と、燃料電池システム１全体を制御する制御装置５０とを有する。制御装置５０は、具体的には、各種の入力情報（電圧センサ４２、電流センサ４３、およびインピーダンス測定部４４の出力値など）に基づき、被制御装置（コンプレッサ２１、圧力調整弁２４、水素ポンプ３８、圧力調整弁３４など）を制御する。
【００２９】
制御装置５０は、適宜の構成により実現可能であるが、本実施の形態では、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、メインメモリなどを含んで構成され、その機能は、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶された制御プログラムがＣＰＵにより実行されることによって実現される。
【００３０】
上記構成において、酸化剤極１２での水分濃度が高いと、酸化剤極１２の触媒の表面に水が物理吸着する現象、または酸化剤極１２の触媒の表面に水酸基が生成される現象が生じ、これにより触媒の活性が下がり、燃料電池１０の出力が低下してしまう。
【００３１】
このような事象は、例えば、低圧（例えば１４０ｋＰａ  ａｂｓ以下）のカソード圧で連続運転される際に現れる。また、特に、低負荷運転と高負荷運転とが繰り返される際に顕著に現れる。したがって、燃料電池自動車においては、アイドルとＷＯＴ（Wide Open Throttle）とが繰り返される際に顕著に現れる。具体的には、低負荷運転と高負荷運転が繰り返されると、燃料電池の出力は次第に低下していく。
【００３２】
燃料電池１０の電流電圧特性が低下している場合であって、且つ、電解質膜１１が乾燥していない場合には、上記現象により電流電圧特性が低下している可能性がある。
【００３３】
本願出願人は、酸化剤極１２での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力低下が生じた場合、酸化剤極１２のガス圧を上昇させることによって、出力低下を低減（回復または抑制）することができることを見出した。一つの推測では、酸化剤極１２のガス圧が上昇すると、酸化剤極１２での水蒸気濃度が低下し、これにより、触媒への水の吸着量の低下や、触媒からの水の脱離、水酸基の生成の抑制、触媒からの水酸基の脱離が生じるものと考えられる。
【００３４】
以上より、本実施の形態では、上記酸化剤極１２での水分濃度が高いことによる燃料電池１０の出力の低下に対処するため、制御装置５０は、次のような制御を行う。すなわち、制御装置５０は、燃料電池１０の電流電圧特性が所定の基準より低下し、且つ、電解質膜１１が所定の基準より乾燥していない場合に、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる制御を行う。
【００３５】
上記「燃料電池１０の電流電圧特性が所定の基準より低下し」について説明する。具体的には、制御装置５０は、燃料電池１０の電流電圧特性の実測値を取得し、当該実測値に基づき燃料電池１０の電流電圧特性が所定の基準よりも低下しているか否かを判定する。より具体的には、制御装置５０は、電流電圧特性の実測値と、予め記憶されている電流電圧特性の推定値とを比較し、両者の差が所定値以上である場合には低下していると判定し、そうでない場合には低下していないと判定する。電流電圧特性の実測値は、例えば、ある出力電流における出力電圧の実測値や、ある出力電圧における出力電流の実測値である。電流電圧特性の推定値は、例えば、要求出力に対応する出力電圧および出力電流の目標値を決定するために予め用意された電流電圧特性マップに基づいて求められる。本実施の形態において判定の対象とされる電流電圧特性の低下は、燃料電池１０の電流電圧特性自体の低下であって、酸化剤ガスや燃料ガスの不足による出力電圧や出力電流の低下ではない。したがって、本実施の形態では、電流電圧特性の実測値と推定値との比較は、ガスの圧力や流量等の運転条件を整合させた上で行われる。
【００３６】
上記「電解質膜１１が所定の基準より乾燥していない」について説明する。具体的には、制御装置５０は、電解質膜１１の湿潤状態を表す情報を取得し、当該情報に基づき電解質膜１１が所定の基準よりも乾燥しているか否かを判定する。例えば、制御装置５０は、燃料電池１０のインピーダンスを取得し、当該インピーダンスが所定値以上である場合には乾燥していると判定し、そうでない場合には乾燥していないと判定する。ただし、電解質膜１１が乾燥しているか否かは、別の方法で判定されてもよい。
【００３７】
上記「酸化剤極１２のガス圧を上昇させる制御を行う」について説明する。具体的には、制御装置５０は、燃料電池１０の電流電圧特性が所定の基準よりも低下していると判定され、且つ、電解質膜１１が所定の基準よりも乾燥していないと判定された場合には、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる制御を行う。例えば、制御装置５０は、圧力調整弁２４やコンプレッサ２１を制御して、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる。ここで、「酸化剤極１２のガス圧」は、具体的には、酸化剤ガス流路１４内のガスの圧力である。また、「酸化剤極１２のガス圧を上昇させる」とは、通常制御時の酸化剤極１２のガス圧よりも、酸化剤極１２のガス圧を上昇させることを意味する。具体的には、目標出力に応じた予め設定されたガス圧、例えば予め用意された制御マップにおいて目標出力に対応するガス圧を基準として、ガス圧を上昇させることを意味する。
【００３８】
本実施の形態では、制御装置５０は、エネルギー効率の観点より、上記制御として、高負荷運転から低負荷運転に移行する際の高負荷運転終了後に、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる第１の制御を行う。具体的には、制御装置５０は、図３に示されるように、高負荷運転終了直後、一時的に、例えば圧力調整弁２４の開度を絞る（一つの態様では全閉する）ことにより、カソード背圧を上げる。燃料電池自動車における一態様では、アクセル閉時に、圧力調整弁２４の開度を数秒間閉側にして、アクセル閉直後のアイドル運転時または間欠運転時のカソード背圧を一時的に昇圧させる。
【００３９】
そして、制御装置５０は、上記第１の制御では電流電圧特性の低下を十分に低減できない場合に、上記制御として、低負荷運転から高負荷運転に移行する際の高負荷運転開始前に、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる第２の制御を行う。この第２の制御は、第１の制御と比較して、エネルギー効率の面では劣るが、電流電圧特性の低下に対して高い低減効果が得られるものである。
【００４０】
上記「第１の制御では電流電圧特性の低下を十分に低減できない場合」について説明する。具体的には、制御装置５０は、所定の判定基準に基づいて、上記第１の制御により電流電圧特性の低下を十分に低減できているか否かを判定し、低減できていないと判定された場合に、上記第２の制御を行う。ここで、制御装置５０は、第１の制御では電流電圧特性を十分に回復させることができない場合に第２の制御を行ってもよいし、第１の制御では電流電圧特性の低下を十分に抑制できない場合に第２の制御を行ってもよい。一つの態様では、制御装置５０は、電流電圧特性の実測値が推定値に対し所定値以上下回った場合、まずは第１の制御を行い、その後、再度実測値が推定値に対し上記所定値以上下回った場合、第２の制御を行う。
【００４１】
上記「第２の制御」について説明する。具体的には、制御装置５０は、図４に示されるように、高出力要求時等の高負荷運転開始直前に、一時的に、例えば圧力調整弁２４の開度を絞る（一つの態様では全閉する）ことにより、カソード背圧を上げる。燃料電池自動車における一態様では、アクセル開時に、圧力調整弁２４の開度を閉側にして、カソード背圧を一時的に昇圧させる。
【００４２】
なお、酸化剤極１２のガス圧を上昇させる時期は、上記第１の制御における時期や第２の制御における時期に限られない。例えば、アイドル時等の低負荷運転時（例えば図５の期間Ａ）にガス圧を上昇させてもよいし、ＷＯＴ時等の高負荷運転時（例えば図５の期間Ｂ）にガス圧を上昇させてもよい。
【００４３】
以下、本実施の形態に係る燃料電池システム１の動作を具体的に説明する。
【００４４】
制御装置５０は、要求出力に応じて、予め設定された燃料電池１０の電流電圧特性マップ（Ｉ−Ｖ特性マップ）に基づき、出力電圧および出力電流の目標値を決定する。そして、制御装置５０は、出力電圧および出力電流の目標値に応じて、予め設定された制御マップに基づき、酸化剤極１２に供給される空気の圧力および流量、ならびに燃料極１３に供給される水素の圧力および流量の目標値を決定する。そして、制御装置５０は、酸化剤極１２に供給される空気の圧力および流量、ならびに燃料極１３に供給される水素の圧力および流量が、それぞれ目標値となるように、圧力調整弁２４、コンプレッサ２１、圧力調整弁３４、水素ポンプ３８を制御する。好適な一態様では、圧力を目標値に制御する際、圧力センサが用いられる。また、好適な一態様では、流量を目標値に制御する際、流量センサが用いられる。
【００４５】
上記制御装置５０の制御により、水素タンク３１から燃料供給流路３２を介して水素が燃料ガス流路１５に供給され、コンプレッサ２１から酸化剤供給流路２２を介して空気が酸化剤ガス流路１４に供給され、燃料電池１０が発電する。
【００４６】
燃料ガス流路１５からは、反応に寄与しなかった水素を含むアノードオフガスが排出され、当該アノードオフガスは循環流路３３を通って再び燃料ガス流路１５に供給される。このとき、アノードオフガスには、水素以外の不純物が含まれているため、循環するうちに当該アノードオフガス中の水素濃度が低下していく。そこで、適宜のタイミングでパージ弁３６が開かれ、水素濃度が低下したアノードオフガスが燃料排出流路３５を通って外部に排気される。
【００４７】
一方、酸化剤ガス流路１４からはカソードオフガスが排出され、当該カソードオフガスは酸化剤排出流路２３を通って外部に排出される。
【００４８】
本実施の形態では、酸化剤極１２での水分濃度が高いことによる燃料電池１０の出力の低下に対処するため、制御装置５０は、図６に示される処理を行う。当該図６に示される処理は、適宜繰り返し行われる。
【００４９】
図６において、制御装置５０は、電圧センサ４２および電流センサ４３を用いて、燃料電池１０の電流電圧特性の実測値を取得する（Ｓ１）。
【００５０】
また、制御装置５０は、インピーダンス測定部４４により測定された燃料電池１０のインピーダンスを取得する（Ｓ２）。
【００５１】
そして、制御装置５０は、取得された電流電圧特性の実測値が推定値より所定値以上低く、且つ、取得されたインピーダンスが所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ３）。
【００５２】
ステップＳ３の判定結果が「ＮＯ」である場合、処理は終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ３の判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち実測値が推定値より所定値以上低く、且つ、インピーダンスが所定値以下であると判定された場合、制御装置５０は、現在第１の制御を実行中であるか否かを判断する（Ｓ４）。
【００５４】
そして、第１の制御を実行中でない場合（Ｓ４：ＮＯ）、制御装置５０は、高負荷運転終了後に酸化剤極１２のガス圧を上昇させる第１の制御を開始する（Ｓ５）。具体的には、アクセルオフ直後、一時的に（２０秒程度）、圧力調整弁２４を閉じてカソード背圧を上げる制御を開始する。
【００５５】
一方、第１の制御を実行中である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御装置５０は、高負荷運転開始前に酸化剤極１２のガス圧を上昇させる第２の制御を開始する（Ｓ６）。具体的には、高出力要求時に最初に圧力調整弁２４を閉じてカソード背圧を上げる制御を開始する。
【００５６】
なお、上記第１および第２の制御は、例えば、電流電圧特性が所定以上回復した場合に終了する。
【００５７】
以上のとおり、本実施の形態では、電解質膜と、電解質膜の一方側に設けられた酸化剤極と、電解質膜の他方側に設けられた燃料極とを備え、酸化剤極に供給される酸化剤ガスと燃料極に供給される燃料ガスとにより発電する燃料電池について、燃料電池の電流電圧特性が所定の基準より低下し、且つ、電解質膜が所定の基準より乾燥していない場合に、酸化剤極のガス圧を上昇させる制御を行う。このため、本実施の形態によれば、酸化剤極での水分濃度が高いことによる燃料電池の出力の低下を低減することが可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態では、上記制御として、高負荷運転から低負荷運転に移行する際の高負荷運転終了後に、酸化剤極のガス圧を上昇させる第１の制御を行う。この態様によれば、上記制御をエネルギー効率良く行うことが可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態では、上記第１の制御では電流電圧特性の低下を十分に低減できない場合に、上記制御として、低負荷運転から高負荷運転に移行する際の高負荷運転開始前に、酸化剤極のガス圧を上昇させる第２の制御を行う。この態様によれば、第１の制御では電流電圧特性の低下を十分に回復または抑制できない場合に、十分な回復や抑制を図ることが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施の形態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で種々変更することができる。
【００６１】
例えば、上記圧力調整弁３４の代わりにインジェクタが設けられ、燃料ガスの圧力は、インジェクタのオンオフを制御することにより調整されてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  燃料電池システム、１０  燃料電池、１１  電解質膜、１２  酸化剤極、１３  燃料極、１４  酸化剤ガス流路、１５  燃料ガス流路、１６，１７  拡散層、２１  コンプレッサ、２２  酸化剤供給流路、２３  酸化剤排出流路、２４  圧力調整弁、３１  水素タンク、３２  燃料供給流路、３３  循環流路、３４  圧力調整弁、３５  燃料排出流路、３６  パージ弁、３８  水素ポンプ、４１  外部負荷、４２  電圧センサ、４３  電流センサ、４４  インピーダンス測定部、５０  制御装置。
【図１】
2010097950.tif 000003
【図２】
2010097950.tif 000004
【図３】
2010097950.tif 000005
【図４】
2010097950.tif 000006
【図５】
2010097950.tif 000007
【図６】
2010097950.tif 000008