(57)【要約】【課題】効率よく燃料電池の出力の回復を行う。【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池の第１の触媒層を貫通し、電解質膜に導通するように配置された測定電極と；第２の触媒層を参照電極とし、前記参照電極に対する前記測定電極の電位を制御するとともに、前記測定電極で検出される電流を測定する電流電位制御部と；前記測定された電流の値に基づいて判定した前記第２の触媒層の被毒の状況に応じて、前記被毒を除去するリフレッシュ部（Ｓ１３０，Ｓ１４０）と；を備える。【選択図】図３
2014078412.tif 000002
【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の面に接する第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に接する第２の触媒層とを有する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記第１の触媒層を貫通し、前記電解質膜に導通するように配置された測定電極と、
前記第２の触媒層を参照電極とし、前記参照電極に対する前記測定電極の電位を制御するとともに、前記測定電極で検出される電流を測定する電流電位制御部と、
前記測定された電流の値に基づいて判定した前記第２の触媒層の被毒の状況に応じて、前記被毒を除去するリフレッシュ部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第１の触媒層が、酸化剤ガスの供給を受けるカソード側の触媒層である、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記電流電位制御部は、前記燃料電池に対して負荷要求があったときに動作し、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記リフレッシュ部の動作の実行後に、前記負荷要求に応じた出力が得られたか否かを判定する出力判定部と、
前記出力判定部によって前記出力が得られなかったと判定されたときに、前記燃料電池に対する供給ガス、加湿、温度の少なくとも一つを制御することによって、前記燃料電池の出力を高める出力制御部と
を備える燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記被毒判定部は、
前記電流電位制御部により測定された電流の値に基づいて、前記電解質膜と前記第１の触媒層の間の界面における電気二重層容量を推定し、
前記電気二重層容量に基づいて前記被毒の状況を判定する、燃料電池システム。
【請求項５】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に接する第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に接する第２の触媒層とを有する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記第１の触媒層を貫通し、前記電解質膜に導通するように配置された測定電極と、
前記第２の触媒層を参照電極とし、前記参照電極に対する前記測定電極の電位を制御するとともに、前記測定電極で検出される電流を測定する電流電位制御部と、
前記測定された電流の値に基づいて、前記第２の触媒層の被毒の有無を判定する被毒判定部と、
を備え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、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の出力が所定値以下となった場合に、燃料電池の内部に液相水を所定の流通速度で流通させる燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。燃料電池に備えられる触媒が被毒した場合に、燃料電池の出力が低下することから、燃料電池の出力が所定値以下となった場合に、液相水によって被毒の要因となった膜分解物を流そうというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８１３８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、燃料電池の出力が低下した原因が、電解質膜に備えられる電解質膜の劣化や、触媒層に含まれるカーボンの劣化などである場合、特許文献１に示されるような被毒の要因を除去する処理（リフレッシュ処理）では、燃料電池の出力を回復することができなかった。このため、そのリフレッシュ処理は無駄なもので、効率が悪かった。したがって、従来の技術では、効率よく燃料電池の出力を回復することができないという課題があった。
【０００５】
また、要求出力を確保することが困難であるという課題があった。そのほか、燃料電池システムを車両に搭載したときのドライバビリティの向上や、燃料電池システムについての小型化、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に接する第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に接する第２の触媒層とを有する燃料電池を備える燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、前記第１の触媒層を貫通し、前記電解質膜に導通するように配置された測定電極と；前記第２の触媒層を参照電極とし、前記参照電極に対する前記測定電極の電位を制御するとともに、前記測定電極で検出される電流を測定する電流電位制御部と；前記測定された電流の値に基づいて判定した前記第２の触媒層の被毒の状況に応じて、前記被毒を除去するリフレッシュ部と；を備える。
【０００８】
この形態の燃料電池システムによれば、測定電極が電解質膜に接するように配置されることで、測定電極で検出される電流が電流電位制御部によって測定されるが、この電流の値は電解質膜と第１の触媒層の間の界面における電気二重層容量（以下、単に「二重層容量」とも呼ぶ）に比例し、二重層容量は第１の触媒層に吸着する硫酸アニオンの量に比例することから、前記測定された電流の値は硫酸アニオンの量に比例したものとなる。このため、被毒の状況の判定は、硫酸アニオンの量を把握したものとなる。したがって、この形態の燃料電池システムによれば、硫酸アニオンの量が多くなって被毒がある場合に、リフレッシュ部により被毒を除去することができることから、そのリフレッシュ部の処理が無駄とならず、効率よく燃料電池の出力の回復を行うことができる。
【０００９】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記第１の触媒層が、酸化剤ガスの供給を受けるカソード側の触媒層である構成としていてもよい。一般的に、カソード側の触媒層は、燃料ガスの供給を受けるアノード側の触媒層よりも被毒の程度は高いことから、より効率よく燃料電池の出力の回復を行うことができる。
【００１０】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記電流電位制御部は、前記燃料電池に対して負荷要求があったときに動作し；前記燃料電池システムは、さらに、前記リフレッシュ部の動作の実行後に、前記負荷要求に応じた出力が得られたか否かを判定する出力判定部と；前記出力判定部によって前記出力が得られなかったと判定されたときに、前記燃料電池に対するガス、加湿、温度の少なくとも一つを制御することによって、前記燃料電池の出力を高める出力制御部と；を備える構成としていてもよい。
【００１１】
この形態の燃料電池システムによれば、硫酸アニオンの量を把握して行う被毒判定によって被毒なしとした場合に、被毒を除去する処理とは異なる処理によって燃料電池の出力を高めることができることから、被毒以外の原因で出力が低下している場合にも、要求出力を確実に確保することができる。
【００１２】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記被毒判定部は、前記電流電位制御部により測定された電流の値に基づいて、前記電解質膜と前記第１の触媒層の間の界面における電気二重層容量を推定し；前記電気二重層容量に基づいて前記被毒の状況を判定する構成としていてもよい。電解質膜と第１の触媒層の間の界面における二重層容量を精度良く推定することができることから、被毒の判定精度を高めることができる。
【００１３】
（５）本発明の他の形態によれば、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に接する第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に接する第２の触媒層とを有する燃料電池を備える燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、前記第１の触媒層を貫通し、前記電解質膜に導通するように配置された測定電極と；前記第２の触媒層を参照電極とし、前記参照電極に対する前記測定電極の電位を制御するとともに、前記測定電極で検出される電流を測定する電流電位制御部と；前記測定された電流の値に基づいて、前記第２の触媒層の被毒の有無を判定する被毒判定部と；を備える。
【００１４】
この形態の燃料電池システムによれば、被毒の有無の判定が、第１の触媒層に発生する硫酸アニオンの量を把握したものとなることから、被毒判定を高精度に行うことができる。
【００１５】
本発明は、上記形態のほか、種々の形態にて実現され得る。例えば、本発明の燃料電池システムを搭載する車両として実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】単セルの構成を概略的に示す説明図である。
【図３】制御装置によって実行される高負荷運転制御処理を示すフローチャートである。
【図４】二重層容量と硫酸アニオン濃度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態を以下の順序で説明する。
Ａ．システム全体の構成：
Ｂ．燃料電池およびその周辺の構成：
Ｃ．制御装置の制御処理：
Ｄ．効果：
Ｅ．変形例：
【００１８】
Ａ．システム全体の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の構成を示す説明図である。この実施形態は、本発明を車両の車載発電システムに適用した例である。図１に示すように、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、車載発電システムとしての燃料電池システム１０である。燃料電池システム１０は、燃料電池５０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４、制御装置４０などから構成される。燃料電池システム１０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。
【００１９】
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４０から与えられる制御指令に応じて燃料電池５０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。
【００２０】
燃料電池システム１０に備えられる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。
【００２１】
燃料電池５０は、燃料ガス配管系６０により供給される燃料ガスと、酸化剤ガス配管系７０により供給される酸化剤ガスから電力を発生する装置である。この燃料電池５０には白金プローブ８０が取り付けられ、白金プローブ８０にはポテンショスタット９０が電気的に接続されている。燃料電池５０およびポテンショスタット９０の詳しい構成については後述するが、ポテンショスタット９０によって測定された電流値が、制御装置４０に送られている。
【００２２】
酸化剤ガス配管系７０の燃料電池５０の入口側には、空気を圧縮するエアコンプレッサ７２が設けられ、圧縮空気が酸化剤ガスとして燃料電池５０に供給される。酸化剤ガス配管系７０の燃料電池５０の出口側には背圧調整弁７４が設けられている。燃料ガス配管系６０には、図示しない水素タンクが接続され、燃料ガスとしての水素ガスが燃料電池５０に供給される。
【００２３】
制御装置４０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おり、上述した各要素の運転を制御する。詳しくは、制御装置４０には、ペダル型のアクセルセンサ３１が接続されている。そして、この制御装置４０は、アクセルセンサ３１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および酸化剤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。
【００２４】
Ｂ．燃料電池およびその周辺の構成：
燃料電池５０は、実際は燃料電池の一単位である単セルが複数積層されたスタック構造を有している。図２は、その単セルの構成を概略的に示す説明図である。図示するように、単セルは、電解質膜５１と、電解質膜５１を挟持してサンドイッチ構造をなす一対の触媒層５２，５３と、このサンドイッチ構造をさらに挟持する一対の拡散層５４，５５と、これらの構造を拡散層５４，５５の外側からさらに挟持するセパレータ５６，５７とから構成されている。
【００２５】
電解質膜５１は、ナフィオン（デュポン社の商標）などのフッ素系樹脂材料で形成されており、湿潤状態において良好な導電性を有するプロトン伝導性のイオン交換膜である。触媒層５２，５３は、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作成し、このカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質（例えばナフィオン）を適量添加してペースト化し、電解質膜上にスクリーン印刷することにより形成されている。拡散層５４，５５は、触媒層５２，５３よりも気孔率が高い導電性の多孔質材料（例えば、発泡金属）で形成されている。
【００２６】
セパレータ５６，５７は、ガス不透性と導電性とを有するステンレス鋼などの材料をプレス成形することにより形成されている。セパレータ５６，５７には、それぞれ拡散層５４，５５に面した側に凹部が設けられている。一方のセパレータ５６に設けられた凹部と拡散層５４の表面とで形成される空間（アノード流路）５６Ｐには、図示しない水素ガスマニホールドを介して、前述した燃料ガス配管系６０（図１）が接続されている。セパレータ５７に設けられた凹部と拡散層５５の表面とで形成される空間（カソード流路）５７Ｐには、図示しない酸化剤ガスマニホールドを介して、前述した酸化剤ガス配管系７０（図１）が接続されている。以下、アノード流路５６Ｐ側の触媒層５２、拡散層５４、セパレータ５６をアノード触媒層５２、アノード拡散層５４、アノードセパレータ５６と呼び、カソード流路５７Ｐ側の触媒層５３、拡散層５５、セパレータ５７をカソード触媒層５３、カソード拡散層５５、カソードセパレータ５７と呼ぶ。
【００２７】
アノード流路５６Ｐに供給された水素分子は、アノード拡散層５４を透過してアノード触媒層５２に到達する。アノード触媒層５２では、水素分子が電子とプロトンとに解離する。解離によって生じたプロトンは、電解質膜５１を通してカソード触媒層５３に移動する。また、解離によって生じた電子は、アノード拡散層５４とアノードセパレータ５６を介して外部の導体に導かれる。
【００２８】
カソード流路５７Ｐに供給された酸素分子は、カソード拡散層５５を透過してカソード触媒層５３に到達する。カソード触媒層５３では、カソード拡散層５５を通して供給された酸素分子と、電解質膜５１を通して供給されたプロトンと、外部の導体からカソードセパレータ５７とカソード拡散層５５とを通して供給された電子との燃料電池反応により水が生成される。
【００２９】
燃料電池５０を構成する複数の単セルのうちの一部の単セルには、電位を制御して電流値を測定するための白金プローブ８０が設けられている。白金プローブ８０は、カソードセパレータ５７とカソード拡散層５５とカソード触媒層５３に設けられた貫通穴を通して、単セル外部から電解質膜５１の位置まで導入されている。白金プローブ８０の先端は電解質膜５１の表面に接しており、白金プローブ８０は電解質膜５１と導通状態である。白金プローブ８０とアノードセパレータ５６とは、それぞれ導線９４，９５を介してポテンショスタット９０に接続されている。なお、白金プローブ８０に接続される導線９４は、単セルの積層方向に垂直な方向から燃料電池５０の外側に取り出されている。
【００３０】
白金プローブ８０は、細い（半径数μｍ〜５０μｍ）白金線（以下、「白金電極」とも呼ぶ）８１を中心に備え、外周りは絶縁性被覆８２により被覆されている。これにより、白金電極８１は、カソード触媒層５３、カソード拡散層５５、およびカソードセパレータ５７と絶縁されている。なお、白金プローブ８０の酸化剤ガスの流れ方向（図２の紙面に垂直な方向）における取付位置は、本実施例では、できるだけ下流側となっている。これは、酸化剤ガスの下流側は上流側に比べて触媒被毒が大きいためである。なお、必ずしも下流側に設けた構成に限る必要はなく、酸化剤ガスの上流側に設ける構成としてもよい。
【００３１】
ポテンショスタット９０は、参照電極に対する測定電極の電位を制御する電位制御部９１と、測定電極で検出される電流を測定する電流測定部９２と、を備える電気化学特性測定装置である。ここでは、参照電極および対極はアノード触媒層５２であり、測定電極は白金プローブ８０である。ポテンショスタット９０の一方の導線９５の接続先がアノードセパレータ５６であり、アノードセパレータ５６がアノード触媒層５２と導通状態にあることから、アノード触媒層５２が参照電極となる。白金プローブ８０は、前述したように、カソード触媒層５３、カソード拡散層５５、およびカソードセパレータ５７と絶縁されているため、アノードセパレータ５６（図１）ひいてはアノード触媒層５２に対する白金電極８１の電位（以下、単に「白金電極電位」とも呼ぶ）は、白金電極８１に接続されたポテンショスタット９０により任意の値に設定することができる。
【００３２】
ポテンショスタット９０は、電位制御部９１により白金プローブ８０における電位を１Ｖ（vs. RHE）付近で微小に変化させ、その変化させたときの電流値を電流測定部９２により測定する。本実施例では、白金プローブ８０における電位を、所定の変化速度（例えば、０．０５［Ｖ／ｓｅｃ］）で、０．８［Ｖ］から１．２［Ｖ］に掃引（スイープ）し、１．０［Ｖ］時に電流値を測定する。なお、この測定条件は一例であり、これに限る必要はなく、後述する二重層容量を求めることが可能な測定結果を得ることができれば、どのような測定条件とすることもできる。
【００３３】
なお、カソード触媒層５３が本発明の燃料電池システムにおける「第１の触媒層」に対応し、アノード触媒層５２が「第２の触媒層」に対応する。ポテンショスタット９０が「電流電位制御部」に対応する。
【００３４】
Ｃ．制御装置の制御処理：
図１に戻って、制御装置４０は、機能として実現する要素として、被毒判定部４１およびリフレッシュ部４２を備える。被毒判定部４１は、前述したポテンショスタット９０によって測定した電流値を取得し、その電流値に基づいてカソード触媒層５３の被毒の有無を判定する。リフレッシュ部４２は、被毒判定部４１により被毒有りと判定されたときに、カソード触媒層５３の被毒を除去する。被毒判定部４１およびリフレッシュ部４２は、制御装置４０による高負荷運転制御処理の一部として実現される。
【００３５】
図３は、制御装置４０によって実行される高負荷運転制御処理を示すフローチャートである。この高負荷運転制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。図示するように処理が開始されると、制御装置４０は、燃料電池５０の出力状況を監視し、燃料電池５０の出力が低出力であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、燃料電池５０の下限電圧時ＦＣ電流値が予め設定された閾値より小さいときに低出力であると判定する。ここで、「下限電圧時ＦＣ電流値」は、燃料電池５０の電圧値が下限電圧にあるときの最大の電流値である。燃料電池５０の電圧値および電流値は、図示しない電圧センサおよび電流センサにより検出する。
【００３６】
ステップＳ１１０により、燃料電池５０の出力が低出力であると判定されると、制御装置４０は、燃料電池５０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（ステップＳ１２０）。具体的には、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。
【００３７】
ステップＳ１２０により、燃料電池５０に対する運転要求が高負荷要求であると判定されると、制御装置４０は、ステップＳ１３０の被毒判定処理を実行する。被毒判定処理によれば、制御装置４０は、まず、ポテンショスタット９０を動作させて、ポテンショスタット９０により測定された電流値を取得する処理を行う（ステップＳ１３２）。制御装置から動作の指令を受けたポテンショスタット９０は、前述したように、０．０５［Ｖ／ｓｅｃ］の変化速度で、０．８［Ｖ］から１．２［Ｖ］に掃引（スイープ）し、１．０［Ｖ］時に電流値を測定する。この測定された電流値を制御装置４０は取得する。次いで、制御装置４０は、ステップＳ１３２によって取得した電流値に基づいて二重層容量を算出する（ステップＳ１３４）。この算出は次式（１）によって行う。
【００３８】
Ｃ＝Ｉ／Ｅ  …（１）
ここで、Ｃは二重層容量であり、その単位は［Ｆ］である。ＩはステップＳ１３２によって取得した電流値であり、その単位は［Ａ］である。Ｅは電位をスイープした速度であり、その単位は［Ｖ／ｓ］である。この結果、電解質膜５１とカソード触媒層５３の界面における二重層容量Ｃが求められる。
【００３９】
続いて、制御装置４０は、ステップＳ１３４によって得た二重層容量Ｃが予め定めた閾値Ｃ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３６）。ここで、肯定判定、すなわち、Ｃ＞Ｃ１と判定されたときには、ステップＳ１３０の被毒判定処理では「被毒有り」との判定結果を出力する。一方、否定判定、すなわち、Ｃ≦Ｃ１と判定されたときには、ステップＳ１３０の被毒判定処理では「被毒なし」との判定結果を出力する。このステップＳ１３０の被毒判定処理が、図１における被毒判定部４１に対応している。
【００４０】
図４は、二重層容量と硫酸アニオン濃度との相関を示すグラフである。このグラフは試験を行うことで求めることができる。横軸に硫酸アニオン濃度Ｎを、縦軸に二重層容量Ｃを示した。縦軸の「Ｅ−０．７」は１０の−７乗を示す。このグラフから判るように、硫酸アニオン濃度Ｎが高くなるに比例して二重層容量Ｃは大きくなる。このため、硫酸アニオン濃度Ｎが所定値Ｎ１を上回ったときに「被毒有り」であるとすると、ＮがＮ１である点Ｐにおける二重層容量Ｃの値はＣ１となり、Ｃ１を上回ったときに「被毒有り」となることがわかる。このＣ１の値が、ステップＳ１３６の判定に用いる閾値Ｃ１である。
【００４１】
なお、本実施例では、二重層容量ＣをＣ１と比較することで、被毒の有無を判定していたが、これに換えて、図４に示すグラフを記憶したマップデータをＲＯＭに予め記憶しておき、二重層容量Ｃをそのマップデータに照らし合わせることで、二重層容量Ｃに対応した硫酸アニオン濃度Ｎを求め、その硫酸アニオン濃度Ｎが所定値Ｎ１を上回ったか否かから、被毒の有無を判定する構成としてもよい。この構成によっても、高精度に被毒の有無を判定することができる。
【００４２】
ステップＳ１３０で「被毒有り」と判定された場合には、制御装置４０は、燃料電池５０に対してリフレッシュ処理を行う（ステップＳ１４０）。リフレッシュ処理は、カソード触媒層５３の被毒を除去するもので、具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４によって燃料電池５０のセル電圧を、回復目標電圧として予め設定された閾値まで下げ、その後、コンバータ指令電圧をその閾値に維持して酸化剤ガスをブローして酸素利用率を１００％以上とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４による電圧降下を解除する。このようにすることで、燃料電池５０の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。なお、酸化剤ガスのブローは、背圧調整弁７４を全開にし、エアコンプレッサ７２を最大流量にすることによって行う。
【００４３】
このステップＳ１４０のリフレッシュ処理が、図１におけるリフレッシュ部４２に対応している。なお、ステップＳ１４０によるリフレッシュ処理は、上記の構成に限る必要はなく、例えば、燃料電池を高電流で運転して水を多く生成させて、水と一緒に硫酸アニオンを除去する構成等、他の手法に換えることもできる。
【００４４】
リフレッシュ処理の結果、燃料電池５０は、出力の向上が図られことになる。ステップＳ１４０の実行後、制御装置４０は、ステップＳ１５０に処理を進めて、ステップＳ１２０により判定された高負荷要求に対応した出力が得られたか否かを判定する（ステップＳ１５０）。ここで、得られたと判定されると、制御装置４０は、この高負荷運転制御処理を一旦終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ１５０で、高負荷要求に対応した出力が得られないと判定された場合には、制御装置４０は、ステップＳ１６０に処理を進めて、ｉ）燃料電池５０に供給する酸化剤ガスや燃料ガスを増大し、ii）燃料電池５０の加湿量を増加し、iii）燃料電池５０を適正な温度に制御する、ことにより、燃料電池５０の出力を高め、燃料電池５０の出力を高負荷要求に対応した大きさとする（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０の処理は、ｉ）〜iii）のすべてを必ずしも行う必要はなく、ｉ）〜iii）の中から少なくとも一つを選ぶ構成とすることもできる。
【００４６】
なお、ステップＳ１３６で「被毒なし」と判定された場合にも、制御装置４０は、ステップＳ１６０に処理を進めて、供給ガス、加湿、温度の少なくとも一つを制御して、燃料電池５０の出力を高負荷要求に対応した大きさとする。ステップＳ１６０の処理が終了すると、制御装置４０は、ステップＳ１５０に処理を戻して、再度、要求出力は得られたか否かの判定を行う。要求出力が得られるまで、ステップＳ１５０、Ｓ１６０の処理が繰り返されることになる。
【００４７】
ステップＳ１１０で燃料電池５０の出力が低出力でないと判定された場合、または、ステップＳ１２０で高負荷要求がなしと判定された場合には、制御装置４０は、処理を一旦停止する。
【００４８】
Ｄ．効果：
以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム１０によれば、白金プローブ８０が電解質膜に接するように配置されることで、白金プローブ８０で検出される電流がポテンショスタット９０によって測定され、この電流の値に基づいて、電解質膜と第１の触媒層の間の界面における二重層容量Ｃが求められる。二重層容量Ｃはカソード触媒層５３に吸着する硫酸アニオンの量に比例することから、二重層容量Ｃを閾値Ｃ１と比較することで、硫酸アニオンの量が多くなって被毒有りとなるときを判定することができる。このために、硫酸アニオンの量が多くなって被毒有りとなったときに限り、被毒を除去するリフレッシュ処理を行うことができる。このために、リフレッシュ処理が無駄とならず、効率よく燃料電池の出力の回復を行うことができるという効果を奏する。
【００４９】
また、この燃料電池システム１０によれば、リフレッシュ処理後に、高負荷要求に対応した出力が得られない場合に、供給ガス、加湿、温度の少なくとも一つを制御して、燃料電池５０の出力を高負荷要求に対応した大きさとすることがなされていることから、被毒以外の原因で出力が低下している場合にも、要求出力を確実に確保することができる。
【００５０】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記実施形態やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５１】
・変形例１：
上記実施形態では、測定電極として白金電極８１を用いているが、これに換えて、例えば、白金の合金やパラジウム（Ｐｄ）等の線や、電解質膜５１と接する部分に白金をメッキした銅（Ｃｕ）線を利用することも可能である。
【００５２】
・変形例２：
上記実施形態では、ポテンショスタット９０の一方の導線９５の接続先がアノードセパレータ５６であったが、本発明ではこれに限られない。参照電極としてのアノード触媒層５２と電気的に接続されていれば、どの位置を接続先とすることもできる。
【００５３】
・変形例３：
上記実施形態では、白金電極８１を絶縁性被覆８２で被覆することにより、白金電極８１と、カソード触媒層５３、カソード拡散層５５、カソードセパレータ５７との間が絶縁されているが、絶縁性被覆８２を必ずしも必要とせず、白金電極８１とカソード側各部５３〜５７との間が絶縁されていればよい。例えば、白金電極８１を導入する穴を十分大きくすることにより、白金電極８１がカソード側各部５３〜５７と接触しないようにするものとしてもよい。
【００５４】
・変形例４：
上記実施形態では、カソード側各部５３〜５７に貫通穴を設け、その貫通穴を通して白金電極８１を配置しているが、他の方法により白金電極８１を配置することもできる。例えば、白金電極をカソード触媒層５３とカソード拡散層５５との間に配置し、単セルの外周部から白金電極を引き出すものとしてもよい。
【００５５】
・変形例５：
上記実施形態では、ポテンショスタット９０により測定された電流値に基づいて二重層容量Ｃを算出し、その二重層容量Ｃを閾値Ｃ１と比較することで、被毒有無の判定を行っていたが、これに換えて、ポテンショスタット９０により測定された電流値から二重層容量を求めることなく、その電流値を予め定められた閾値と比較することで、被毒有無の判定を行う構成としてもよい。前記電流値は二重層容量と比例することから、前記電流値を直接、閾値と比較することで、前記判定が可能となる。
【００５６】
・変形例６：
上記実施形態では、ポテンショスタット９０により測定された電流値に基づいて二重層容量Ｃを算出し、その二重層容量Ｃを閾値Ｃ１と比較することで、被毒有無の判定を行っていたが、これに換えて、前記算出された二重層容量Ｃの大きさに基づいて、被毒の程度等の被毒の状況を判定する構成としてもよい。そうして、リフレッシュ処理においては、リフレッシュの動作の頻度や間隔などを、前記判定した被毒の状況によって定めて処理を行う構成とすればよい。
【００５７】
・変形例７：
上記実施形態では、白金プローブ８０は、カソードセパレータ５７とカソード拡散層５５とカソード触媒層５３に設けられた貫通穴を通して、単セル外部から電解質膜５１の位置まで導入されていたが、これに換えて、アノード側に設ける構成としてもよい。すなわち、白金プローブは、アノードセパレータ５６とアノード拡散層５４とアノード触媒層５２に設けられた貫通穴を通して、単セル外部から電解質膜５１の位置まで導入された構成とすることができる。この場合には、参照電極はカソード触媒層５３とする。この構成によれば、電解質膜５１とアノード触媒層５２の界面における二重層容量を求めることができる。
【００５８】
・変形例８：
上記実施形態では、電解質膜は、固体高分子型の燃料電池用であった。これに対して、燐酸型、溶融炭酸塩型、ダイレクトメタノール型等の他の型の燃料電池用としての構成が可能である。
【００５９】
・変形例９：
上記実施形態では、自動車などの車両に搭載される燃料電池システムであったが、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。
【００６０】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃料電池システム
１２…減速ギア
１３…車輪
１４…トラクションモータ
２２…インバータ
３１…アクセルセンサ
４０…制御装置
４１…被毒判定部
４２…リフレッシュ部
５０…燃料電池
５１…電解質膜
５２…アノード触媒層
５３…カソード触媒層
５４…アノード拡散層
５５…カソード拡散層
５６…アノードセパレータ
５６Ｐ…アノード流路
５７…カソードセパレータ
５７Ｐ…カソード流路
６０…燃料ガス配管系
７０…酸化剤ガス配管系
７２…エアコンプレッサ
７４…背圧調整弁
８０…白金プローブ
８１…白金電極
８２…絶縁性被覆
９０…ポテンショスタット
９１…電位制御部
９２…電流測定部
９４…導線
９５…導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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