(57)【要約】【課題】  負荷側の耐電圧を低く設定できると共に、燃料電池の耐久性を上げ得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】  電解質膜を挟んで配置された燃料極１ｂと酸化剤極１ａを備え、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体１と、燃料極に燃料ガスを供給する水素系と、酸化剤極に酸化剤ガスを供給する空気系と、を有する燃料電池システムにおいて、起動時に、コントローラ４３内の燃料ガス圧力設定手段により、燃料極における燃料ガス圧力の目標値を通常時よりも高い圧力に設定して燃料ガス圧力を調整し、またコントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段により、酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を、電解質膜の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定して酸化剤圧力を調整する。【選択図】    図１
2006253005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化剤極を備え、該燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、
前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
起動時に、前記燃料極における燃料ガス圧力の目標値を通常時よりも高い圧力に設定する燃料ガス圧力設定手段と、
前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を、前記電解質膜の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、前記燃料電池の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定する酸化剤ガス圧力設定手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の内部温度を検出する温度検出手段を有し、
前記酸化剤ガス圧力設定手段は、前記酸化剤極上限圧力値を前記温度検出手段の検出結果に応じて変化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】
前記燃料電池の内部温度を検出する温度検出手段を有し、
前記酸化剤ガス圧力設定手段は、前記酸化剤極下限圧力値を前記温度検出手段の検出結果に応じて変化させることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出手段を有し、
前記酸化剤ガス圧力設定手段は、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を前記燃料電池の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値に設定すると共に、前記出力電圧検出手段の検出結果に応じて該酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池から余剰電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリの残電力を検出するバッテリ残電力検出手段と、を有し、
前記酸化剤ガス圧力設定手段は、前記バッテリ残電力検出手段の検出結果に応じて、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記酸化剤ガス圧力設定手段は、前記酸化剤ガス供給手段以外の補機類の動作／非動作または動作状況に応じて、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項４または請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料ガス圧力設定手段の設定に基づき、前記燃料極における燃料ガス圧力を昇圧させる燃料ガス昇圧手段と、
酸化剤ガス圧力設定手段の設定に基づき、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力を昇圧させる酸化剤ガス昇圧手段と、を有し、
前記酸化剤ガス昇圧手段は、前記燃料ガス昇圧手段によって前記燃料極の燃料ガス圧力が膜間許容差圧から決まる所定値になったときに、昇圧を開始することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料極における燃料ガス圧力を降圧させる燃料ガス降圧手段と、
前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力を降圧させる酸化剤ガス降圧手段と、を有し、
前記酸化剤ガス降圧手段は、前記燃料ガス降圧手段によって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定値以下になったときに、降圧を開始することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化剤極を備え、該燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、
前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
を備え、起動時の前記燃料極における燃料ガス圧力を通常時よりも高い圧力に設定する燃料電池システムの起動方法であって、
前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を、前記電解質膜の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、前記燃料電池の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項１０】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の内部温度を検出する温度検出手段を有し、
前記酸化剤極上限圧力値を前記温度検出手段の検出結果に応じて変化させることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１１】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の内部温度を検出する温度検出手段を有し、
前記酸化剤極下限圧力値を前記温度検出手段の検出結果に応じて変化させることを特徴とする請求項９または請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１２】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出手段を有し、
前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を前記燃料電池の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値に設定すると共に、前記出力電圧検出手段の検出結果に応じて該酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項９〜請求項１１の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１３】
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池から余剰電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリの残電力を検出するバッテリ残電力検出手段と、を有し、
前記バッテリ残電力検出手段の検出結果に応じて、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項９〜請求項１２の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１４】
前記酸化剤ガス供給手段以外の補機類の動作／非動作または動作状況に応じて、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を補正することを特徴とする請求項１２または請求項１３の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１５】
前記燃料ガス圧力設定手段の設定に基づき、前記燃料極における燃料ガス圧力を昇圧させる燃料ガス昇圧ステップと、
酸化剤ガス圧力設定手段の設定に基づき、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力を昇圧させる酸化剤ガス昇圧ステップと、を有し、
前記酸化剤ガス昇圧ステップは、前記燃料ガス昇圧ステップによって前記燃料極の燃料ガス圧力が膜間許容差圧から決まる所定値になったときに、昇圧を開始することを特徴とする請求項９〜請求項１４の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１６】
前記燃料極における燃料ガス圧力を降圧させる燃料ガス降圧ステップと、
前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力を降圧させる酸化剤ガス降圧ステップと、を有し、
前記酸化剤ガス降圧ステップは、前記燃料ガス降圧ステップによって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定値以下になったときに、降圧を開始することを特徴とする請求項９〜請求項１５の何れか１項に記載の燃料電池システムの起動方法。
【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および燃料電池システムの起動方法に係り、特に、起動時の燃料電池の出力電圧を低く抑えて負荷側の耐電圧を低く設定できると共に、酸化剤極側の酸化剤ガス圧力を膜間差圧の許容値以内に抑える圧力に設定して燃料電池(電解質膜など)の耐久性を上げ得る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいては、起動時において、燃料電池の通常運転時に供給されている燃料ガスのガス圧と同じガス圧で燃料ガスを供給した場合には、燃料室内で瞬間的に燃料ガスと置換ガスとの偏在が発生してしまい、該偏在によって電気化学反応が生じて電極が劣化するという問題があった。このような問題に対処するべく、特開２００４−１３９９８４号公報に開示の燃料電池システムでは、起動時の燃料ガスを通常運転時の圧力よりも高圧で供給することで、燃料極内の置換ガス(例えば、停止中に空気で置換されている)と燃料ガスとの間のガスの偏在を抑制し、電極や触媒などの劣化を抑えている。
【特許文献１】特開２００４−１３９９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術のように、燃料ガスの高圧起動を行う場合には、燃料極と酸化剤極の圧力差が付いてしまい、電解質膜の強度で決まる膜間差圧を守ることができないという問題があった。
【０００６】
そこで酸化剤ガス（空気）の供給圧力も高くすることで膜間差圧を抑える対応が考えられる。しかし、この対応策によっても、空気供給手段であるコンプレッサやブロアなどの音や振動の問題があった。
【０００７】
また、燃料ガスや酸化剤ガスの圧力が高ければ高いほど、燃料電池電圧は高くなるため、起動時に通常運転中以上の燃料電池電圧が立ち、燃料電池に電気的接続がなされている種々の部品の許容電圧を超えてしまうという問題があった。また、起動時の高い燃料電池電圧に対応するために許容電圧を高くする構成とした場合には、電気部品の大きさが大きくなったり、高価になったりする問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、起動時の燃料電池の出力電圧を低く抑えて負荷側の耐電圧を低く設定できると共に、酸化剤極側の酸化剤ガス圧力を膜間差圧の許容値以内に抑える圧力に設定して燃料電池(電解質膜など)の耐久性を上げ得る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するため、本発明は、電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化剤極を備え、該燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、起動時に、前記燃料極における燃料ガス圧力の目標値を通常時よりも高い圧力に設定する燃料ガス圧力設定手段と、前記酸化剤極における酸化剤ガス圧力の目標値を、前記電解質膜の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、前記燃料電池の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定する酸化剤ガス圧力設定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、燃料ガスで置換をしたい燃料極側は燃料ガス圧力を高く、その必要がない酸化剤極側は酸化剤ガス圧力を低くするので、起動時の燃料電池の出力電圧を低く抑えることができ、また、負荷装置の耐電圧を低く設定できる。さらに、酸化剤極側の酸化剤ガス圧力を膜間差圧の許容値以内に抑えるような圧力に設定するので、燃料電池(電解質膜など)の耐久性を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。本実施例の燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものである。
【００１３】
本実施例の燃料電池システムの概略的構成は、図１に示すように、燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（空気）の供給により発電を行う燃料電池本体１を備える。なお、燃料電池本体１の単位セルの概念図を図２に示す。
【００１４】
また、空気系（酸化剤ガス供給手段）として、空気コンプレッサ１１、空気供給経路１２、空気系加湿装置１３、空気排気経路１４、空気調圧弁１５および空気圧力計１６を備え、水素系（燃料ガス供給手段）として、高圧水素タンク２１、水素供給経路２２、水素調圧弁２３、水素循環装置２４、水素系加湿装置２５、水素循環経路２６、水素排気経路２７、水素排出弁２８および水素圧力計２９を備え、冷却水系として、冷却水ポンプ３１、冷却水循環経路３２、熱交換器３３および冷却水温度計３４を備えている。また、負荷系として、負荷装置４０、電圧計４１および電流計４２を備え、さらに制御系として、水素系、空気系、冷却水系および負荷系の各種計器や他の各種計器からの検知信号に基づき水素系、空気系、冷却水系および負荷系の各構成要素の制御を行うコントローラ４３を備えた構成である。
【００１５】
次に、燃料電池本体１および各系について詳しく説明する。まず、燃料電池本体１は、酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極１ａと燃料ガスである水素が供給される燃料極１ｂとが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、図２に示すような構成の燃料電池単セル１００を複数枚積層したものから成っており、燃料電池本体１の外部の水素系から供給された燃料ガス（水素）と空気系から供給された酸化剤ガス（空気）とが、それぞれ燃料ガス流路１０９と酸化剤ガス流路１１０とに供給され、電気化学反応により発電する。
【００１６】
図２において、燃料電池単セル１００は、例えば、固体高分子型電解質膜を用いた電解質膜１０２の両面に燃料極触媒層１０３および酸化剤極触媒層１０４をそれぞれ形成した膜電極接合体（ＭＥＡ）１０１と、該ＭＥＡ１０１の両面にそれぞれ配置された燃料ガス拡散層１０５および酸化剤ガス拡散層１０６と、セパレータ１０７，１０８とを有し、セパレータ１０７と燃料ガス拡散層１０５との間に燃料ガス流路１０９が、セパレータ１０８と酸化剤ガス拡散層１０６との間に酸化剤ガス流路１１０がそれぞれ設けられた構造を備えている。
【００１７】
次に空気系において、空気コンプレッサ１１によって圧縮された空気は、空気供給経路１２を介して空気系加湿装置１３に送られ、加湿された後、燃料電池本体１の酸化剤極１ａに送られる。燃料電池本体１内の電気化学反応で酸素が消費された後、空気排気経路１４を通り、空気調圧弁１５で圧力が調整されてシステム外へ排気される。酸化剤極１ａに供給される空気の圧力は、酸化剤極１ａの入口に設けられた空気圧力計１６により検出されており、この圧力が所望の圧力となるように、コントローラ４３によって空気圧調整弁１５が制御される。なお、空気系加湿装置１３は、排気中の水分を利用する水蒸気交換膜を用いたものや、外部から純水を供給するものなどを用いることができる。
【００１８】
次に水素系において、高圧水素タンク２１によって供給された水素は、水素供給経路２２を通り、水素調圧弁２３で所望の圧力に調圧され、水素循環装置２４により循環している排水素と合流した後、水素系加湿装置２５で加湿されて、燃料電池本体１の燃料極１ｂに送られる。燃料極１ｂに供給される水素の圧力は、燃料極１ｂの入口に設けられた水素圧力計２９で検出されており、この圧力が所望の圧力となるように、コントローラ４３によって水素調圧弁２３が制御される。また、燃料電池本体１内の電気化学反応で水素が消費された後、余分に供給された水素は、水素循環経路２６を通り、水素循環装置２４により再び発電に利用される。
【００１９】
また、水素系には、運転中に酸化剤極１ａから燃料極１ｂにクロスオーバーしてくる窒素や高圧水素タンク２１中に含まれる不純物が蓄積してくるため、これらをシステム外部へ排出するための水素排出経路２７と水素排出弁２８を有している。
【００２０】
本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池本体１の発電によって発生した熱を除去し、燃料電池本体１を適温に保つために、冷却水系が設けられている。この冷却水系において、冷却水ポンプ３１によって圧送された冷却水は、燃料電池本体１を通り、熱を吸収した後、冷却水循環経路３２を通り、熱交換器３３でシステム外部へ熱を排熱して、再び冷却水ポンプ３１で燃料電池本体１へ圧送される。また、コントローラ４３によって冷却水温度計３４で冷却水温度をモニタしながら、燃料電池本体１の発電に適正な温度に温度調整される。
【００２１】
次に負荷系において、燃料電池本体１の発電電力を消費する負荷装置４０は、本実施例の燃料電池システムが例えば燃料電池車両にて適用される場合には、車両駆動モータに電力を供給するインバータ装置である。燃料電池本体１の発電電圧は、電圧計４１で検出され、燃料電池本体１から負荷装置４０へ供給される電流は、電流計４２により検出される。
【００２２】
さらに制御系において、コントローラ４３は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、燃料電池本体１を含む燃料電池システム全体を制御する。また、コントローラ４３は、空気圧力計１６，水素圧力計２９，冷却水温度計３４，電圧計４１および電流計４２の検出信号に基づいて、燃料電池本体１をあらかじめ設定されている最適な圧力・温度・流量・負荷にするために、空気コンプレッサ１１、空気調圧弁１５、水素調圧弁２３、水素排出弁２８、冷却水ポンプ３１、負荷装置４０へ制御信号を出力する。
【００２３】
また、コントローラ４３は、その機能的構成要素として、起動時に、燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力の目標値を通常時よりも高い圧力に設定する燃料ガス圧力設定手段と、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を、電解質膜１０２の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定する酸化剤ガス圧力設定手段とを備えているが、これら手段はＣＰＵ上で実行されるプログラムの機能的なまとまりとして実現される。
【００２４】
なお、本実施例では、燃料電池本体１の内部温度を検出する温度検出手段の代わりに、冷却水系の冷却水温度計３４を用いて該温度検出結果から燃料電池本体１内の温度を推定しており、酸化剤ガス圧力設定手段においては、酸化剤極上限圧力値および酸化剤極下限圧力値を該温度検出結果に応じて変化させている。
【００２５】
次に、以上の構成を備えた本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時の酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力設定方法について、図３および図４を参照しながら説明する。ここで、図３は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図であり、図４は、燃料電池本体１の出力電圧の時間的推移を説明する説明図である。
【００２６】
まず、燃料極１ｂ側における圧力設定は次にように行われる。水素系では、燃料極１ｂ内の置換ガス(例えば、停止中に空気で置換されている)と供給される水素との間でガスの偏在を抑制するために、高圧水素タンク２１内の水素が水素調圧弁２３で調圧された後、燃料極１ｂに供給される。つまり、起動時に、コントローラ４３の燃料ガス圧力設定手段によって燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力の目標値が通常時よりも高い圧力に設定され、該目標値となるように水素調圧弁２３が調整される。このとき、燃料極１ｂの燃料ガス（水素ガス）圧力は水素圧力計２９によって測定されるが、燃料ガス圧力は、電極や触媒などの劣化を抑制する（即ち、燃料極１ｂ内の置換ガスと燃料ガスとの間のガスの偏在を緩和する）の観点からすると、高ければ高いほど（水素流量が多くなるので）良いが、燃料電池そのものの耐圧があり、それ以上は上げることができないのは言うまでもない。
【００２７】
一方、酸化剤極１ａ側における圧力設定は次にように行われる。空気系では、空気コンプレッサ１１によって圧縮された空気が酸化剤極１ａに供給される。コントローラ４３の酸化剤ガス圧力設定手段によって、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値が、電解質膜１０２の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値（図３の破線で示す膜間差圧による下限）以上で、且つ、燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値（図３の破線で示す電圧による上限）以下になるように設定され、空気圧力計３４で測定される圧力が該所定圧力範囲内となるように空気調圧弁１５が調整される。つまり、酸化剤ガス圧力の実圧力が所定圧力範囲内、即ち、酸化剤極１ａと燃料極１ｂとの間の差圧が電解質膜１０２の耐差圧を超えて電解質膜１０２が破損することがない酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、燃料電池本体１の出力電圧が負荷装置４０の耐電圧（図４の破線で示す上限電圧）を超えることのない酸化剤極上限圧力値以下となるように制御されている。
【００２８】
酸化剤極下限圧力値は、電解質膜１０２の耐差圧強度から決まる。つまり、電解質膜１０２の力学的物性であり、あらかじめ実験的に求めておくことができる。さらに、高分子から成る電解質膜１０２は、温度が高いほど、その強度は弱くなることが知られている。あらかじめ「電解質膜１０２の耐差圧強度」と「電解質膜１０２の温度」との関係を求めておき、起動時に冷却水を流し、冷却水温度計３４で検出される温度から燃料電池本体１内の温度を推定し、これに応じて、酸化剤極下限圧力を変更する。例えば、図３に示すように、燃料電池本体１内の温度が高いほど、酸化剤極下限圧力値はより高い値に設定される。
【００２９】
また、酸化剤極上限圧力値は、燃料電池本体１の出力が供給される負荷装置４０の耐電圧から決まる。一般的に、燃料電池の起電力Ｅは下記のネルンストの式（１）から明らかであるが、水素及び酸素分圧が高くなるほど、温度が高くなるほど大きくなることが知られている。
【００３０】
（数１）
Ｅ＝2.3026×｛Ｒ・Ｔ／２・Ｆ｝×ｌｏｇ１０｛ＰH2／ＰO2０．５｝  …（１）
ここで、Ｒ： 気体定数 ８．３１ [Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ]
Ｆ： ファラデー定数 ９６４８５ [Ｃ／ｍｏｌ]
Ｔ： 温度 [Ｋ]
ＰH2： 燃料極側の水素分圧 [ｋＰａ_abs]
ＰO2： 酸化剤極側の酸素分圧 [ｋＰａ_abs]
あらかじめ、実験的に「酸化剤極１ａ側の空気圧力」と「燃料電池電圧」との関係を求めておくことで、負荷装置４０の耐電圧を超えることのない酸化剤極上限圧力を設定することが可能である。さらに、「酸化剤極１ａ側の空気圧力」と「燃料電池電圧」との関係に「燃料電池本体１内部の温度」を加えることで、燃料電池本体１内の温度に応じて、酸化剤極上限圧力を変更する。例えば、図３に示すように、燃料電池本体１内の温度が高いほど、酸化剤極上限圧力値はより低い値に設定される。
【００３１】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、電解質膜１０２を挟んで配置された燃料極１ｂおよび酸化剤極１ａを備え、該燃料極１ｂおよび酸化剤極１ａにそれぞれ供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体１と、燃料極１ｂに燃料ガスを供給する水素系（燃料ガス供給手段）と、酸化剤極１ａに酸化剤ガスを供給する空気系（酸化剤ガス供給手段）と、を有する燃料電池システムにおいて、起動時に、コントローラ４３内の燃料ガス圧力設定手段により、燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力の目標値を通常時よりも高い圧力に設定して燃料ガス圧力を調整し、またコントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段により、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を、電解質膜１０２の膜間許容差圧から決まる酸化剤極下限圧力値以上で、且つ、燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値以下になるように設定して酸化剤圧力を調整する。
【００３２】
このように、燃料ガス（水素ガス）で置換をしたい燃料極１ｂ側は燃料ガス圧力を高く、その必要がない酸化剤極１ａ側は酸化剤ガス圧力を低くするので、起動時の燃料電池電圧を低く抑えることができ、また、負荷装置４０の耐電圧を低く設定できる。さらに、酸化剤極１ａ側の酸化剤ガス圧力を膜間差圧の許容値以内に抑えるような圧力に設定するので、燃料電池本体１(電解質膜１０２など)の耐久性を上げることができる。
【００３３】
また、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、温度検出手段により燃料電池本体１の内部温度を検出（冷却水系の冷却水温度計３４を用いて該温度検出結果から燃料電池本体１内の温度を推定）して、酸化剤ガス圧力設定手段において、酸化剤極上限圧力値を該温度検出結果に応じて変化させている。つまり、燃料電池内部の温度が高い方が燃料電池の電池電圧は高くなるので、燃料電池本体１内の温度が高いほど、酸化剤極下限圧力値をより高い値に設定する。これにより、温度に依存した燃料電池電圧に対応することができ、温度が変化したとしても燃料電池電圧が所定値を超えることがない。
【００３４】
さらに、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、温度検出手段により燃料電池本体１の内部温度を検出（冷却水系の冷却水温度計３４を用いて該温度検出結果から燃料電池本体１内の温度を推定）して、酸化剤ガス圧力設定手段において、酸化剤極下限圧力値を該温度検出結果に応じて変化させている。つまり、燃料電池内部の温度が高い方が膜間許容差圧は小さくなるので、燃料電池本体１内の温度が高いほど、酸化剤極下限圧力値をより低い値に設定する。これにより、温度に依存した膜間許容差圧に対応することでき、温度が変化したとしても膜間差圧を許容値以内に抑えることができる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法について説明する。実施例２の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００３６】
ただし、燃料電池本体１の出力電圧を検出する出力電圧検出手段としては電圧計４１が該当し、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段において、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値に設定すると共に、電圧計４１による燃料電池本体１の出力電圧の検出結果に応じて該酸化剤ガス圧力の目標値を補正する点が実施例１とは異なる。
【００３７】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時の酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力設定方法について、図５および図６を参照しながら説明する。ここで、図５は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図であり、図６は、燃料電池本体１の出力電圧の時間的推移を説明する説明図である。
【００３８】
燃料極１ｂ側における圧力設定は実施例１と同等であるので、説明を省略する。
【００３９】
次に、酸化剤極１ａ側における圧力設定は次にように行われる。空気コンプレッサ１１から空気を供給し、コントローラ４３の酸化剤ガス圧力設定手段によって、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を、燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値（本実施例では、燃料電池本体１の出力電圧が負荷装置４０の耐電圧を超えることのない酸化剤極上限圧力値であり、図５の破線で示す電圧による上限）に設定され、例えば空気圧力計３４で測定される実圧力を空気調圧弁１５によって調整する。
【００４０】
さらに、電圧計４１で検出された燃料電池本体１の出力電圧が負荷装置４０の耐電圧（図６の破線で示す上限電圧）を超えそうになった場合、フィードバック制御を実施し、酸化剤極１ａにおける酸化剤圧力の目標値を下げて（実圧力を下げて）、燃料電池本体１の出力電圧を低下させる。燃料電池電圧が低下した場合、再度酸化剤極１ａの圧力の目標値を上昇させる。
【００４１】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段は、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を燃料電池本体１の出力電圧が所定値以下となる酸化剤極上限圧力値に設定すると共に、電圧計４１による燃料電池本体１の出力電圧の検出結果に応じて該酸化剤ガス圧力の目標値を補正する
このように、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力を膜間差圧が小さくなる酸化剤極上限圧力に設定し、且つ出力電圧に応じて酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値をフィードバック制御で調整する起動を行うので、図６に示すように、燃料電池本体１の出力電圧が上限値（負荷装置４０の耐電圧）を超えることがなくなる。また、図５に示すように、酸化剤極１ａと燃料極１ｂとの膜間差圧から決まる下限圧力に対して十分余裕があり、燃料電池本体１(電解質膜など)の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
できる。
【実施例３】
【００４３】
次に、本発明の実施例３に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法について説明する。実施例３の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００４４】
ただし、図７の負荷装置４０周辺の部分構成図に示すように、負荷装置４０（例えばインバータ装置）には、燃料電池から余剰電力を蓄えるバッテリ４４と、バッテリ４４の残電力を検出するバッテリ電圧計（バッテリ残電力検出手段）４５が付加された構成となっており、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段において、実施例１と同様に、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を酸化剤極下限圧力値から酸化剤極上限圧力値までの所定圧力範囲内に設定するが、バッテリ電圧計４５によって検出されたバッテリ残電力に応じて、酸化剤ガス圧力の目標値を補正する点が実施例１とは異なる。
【００４５】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時の酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力設定方法について、図８を参照しながら説明する。ここで、図８は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【００４６】
燃料極１ｂ側における圧力設定は実施例１と同等であるので、説明を省略する。
【００４７】
次に、酸化剤極１ａ側における圧力設定は次にように行われる。空気コンプレッサ１１から空気を供給し、コントローラ４３の酸化剤ガス圧力設定手段によって、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を実施例１と同様に設定し、空気圧力計３４で測定される圧力が該所定圧力範囲内となるように空気調圧弁１５を調整する。
【００４８】
このとき、バッテリ電圧計４５によって検出されるバッテリ電圧からバッテリ残電力量を推定する（あらかじめ実験的に取得）が、該バッテリ残電力量が起動するに十分でないと判断された場合には、該バッテリ残電力量に応じて、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を、電解質膜１０２の耐差圧を超えて電解質膜１０２が破損することがない酸化剤極下限圧力値以上の範囲で低く設定する。なお、バッテリ残電力量、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力として設定可能な圧力、並びにバッテリ残電力量に基づく起動可否の判断については、あらかじめ実験的に求めておくことができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、負荷装置４０に、燃料電池から余剰電力を蓄えるバッテリ４４と、バッテリ４４の残電力を検出するバッテリ電圧計４５を付加して構成し、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段において、バッテリ電圧計４５によって検出されたバッテリ残電力に応じて、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を補正する。
【００５０】
このように、バッテリ残電力に応じて酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値に補正を実施する機能を備えて、バッテリ残電力に応じて起動時の酸化剤極圧力に補正を加えることができるので、酸化剤ガス供給手段(空気コンプレッサ１１やブロア等)の消費電力を抑えることができ、またバッテリ残電力が少なかったとしても起動可能となる。
【００５１】
例えば、起動時の消費電力をまかなうバッテリの残電力量が、起動するに不十分の場合、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を低く設定する起動では、消費電力を抑えることができるので、起動ができなくなるということを避けることができる。また、通常は、実施例２のように、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値は、負荷装置４０の耐電圧から決まる酸化剤極上限圧力値近辺で制御し、バッテリ残電力量が少ないという非正常時にのみ、酸化剤ガス圧力の目標値を低く設定するので、燃料電池本体１(電解質膜など)の耐久性に与える影響を小さくすることができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、本発明の実施例４に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法について説明する。実施例４の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００５３】
ただし、図９の実施例４の燃料電池システムが適用される車両の構成図に示すように、図１の燃料電池システム６０が燃料電池車両５０に搭載された構成であり、冷却水系に、冷却水ポンプ３１および熱交換器３３からの放熱を促進するためのラジエータファン５１およびエアコン５２を備えた構成となっている。また、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段において、実施例１と同様に、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を酸化剤極下限圧力値から酸化剤極上限圧力値までの所定圧力範囲内に設定するが、酸化剤ガス供給手段以外の補機類（冷却水ポンプ３１、ラジエータファン５１およびエアコン５２等）の動作／非動作または動作状況に応じて酸化剤ガス圧力の目標値を補正する点が実施例１とは異なる。
【００５４】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時の酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力設定方法について、図１０を参照しながら説明する。ここで、図１０は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【００５５】
燃料極１ｂ側における圧力設定は実施例１と同等であるので、説明を省略する。
【００５６】
次に、酸化剤極１ａ側における圧力設定は次にように行われる。空気コンプレッサ１１から空気を供給し、コントローラ４３の酸化剤ガス圧力設定手段によって、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を実施例１と同様に設定し、空気圧力計３４で測定される圧力が該所定圧力範囲内となるように空気調圧弁１５を調整する。
【００５７】
このとき、酸化剤ガス供給手段(空気コンプレッサ１１やブロア等)以外の補機類、ここでは冷却水ポンプ３１、ラジエータファン５１およびエアコン５２が動作している場合には、その動作している補機類の数や動作している補機類の負荷（例えば回転数）に応じて、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を、電解質膜１０２の耐差圧を超えて電解質膜１０２が破損することがない酸化剤極下限圧力値以上の範囲で低く設定する。なお、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値の設定可能圧力は、補機類の音振レベルと空気コンプレッサ１１の音振レベルのトータルが同じになるように、あらかじめ実験的に求めておくことができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、コントローラ４３内の酸化剤ガス圧力設定手段において、酸化剤ガス供給手段(空気コンプレッサ１１やブロア等)以外の補機類（冷却水ポンプ３１、ラジエータファン５１およびエアコン５２等）の動作／非動作または動作状況に応じて酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を補正する。
【００５９】
例えば、補機類(冷却水ポンプ３１、ラジエータファン５１およびエアコン５２等)が動作している場合には、音や振動を抑制するために、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を低く設定して、酸化剤ガス供給手段(空気コンプレッサ１１やブロア等)の音や振動を抑えることができ、燃料電池システム６０および該燃料電池システムが適用される装置（燃料電池車両５０）全体の音や振動を抑えることができる。また、燃料電池車両５０全体の音振レベルを、起動毎に常に略一定に保つことができるので、運転者に違和感を与えることがない。さらに、空気コンプレッサ１１以外の補機類が非動作である場合や、補機類が動作中であっても低負荷で動作している場合などでは、実施例２のように酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力の目標値を負荷装置４０の耐電圧から決まる酸化剤極上限圧力値近辺で制御できるので、燃料電池本体１(電解質膜など)の耐久性が向上する。
【００６０】
なお、上記説明では、酸化剤ガス供給手段(空気コンプレッサ１１やブロア等)以外の補機類として、冷却水ポンプ３１、ラジエータファン５１およびエアコン５２を示したが、これら以外のものもあることは言うまでもない。
【実施例５】
【００６１】
次に、本発明の実施例５に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法について説明する。実施例４の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００６２】
ただし、コントローラ４３において、燃料ガス圧力設定手段の設定に基づき燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力を昇圧させる燃料ガス昇圧手段と、酸化剤ガス圧力設定手段の設定に基づき酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力を昇圧させる酸化剤ガス昇圧手段と、をさらに備え、酸化剤ガス昇圧手段は、燃料ガス昇圧手段によって燃料極１ｂの燃料ガス圧力が膜間許容差圧から決まる所定値になったときに昇圧を開始する点が実施例１と異なる。
【００６３】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時昇圧方法について、図１１および図１２を参照しながら説明する。ここで、図１１は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図であり、図１２は、本実施例の燃料電池システムの起動時昇圧方法について説明するフローチャートである。
【００６４】
まず、燃料ガスである水素の供給を開始すると共に、燃料極１ｂの燃料ガスの偏在をなくすために、燃料ガス昇圧手段により燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力の昇圧を開始する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ１以上か否かを判定する（ステップＳ１２）。この判定で、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ１以上（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ１３へ進み、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ１未満（Ｎｏ）の場合にはステップＳ１１へ戻る。ここで、所定値ＰＳ１は、酸化剤極１ａと燃料極１ｂとの差圧が膜間許容差圧となる燃料極１ｂの圧力である。
【００６６】
次に、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ１に達した（時間Ｔ１３）とステップＳ１２において判断されると、膜間差圧をつけないために、空気の供給を開始し、酸化剤ガス昇圧手段により酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力を上昇させる（ステップＳ１３）。上昇過程においても、酸化剤極１ａと燃料極１ｂの差圧は、膜間許容差圧以内となるようする。
【００６７】
次に、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が、燃料極１ｂのガス偏在を抑制できる圧力（所定値ＰＳ２）まで上昇したか否かを判定する（ステップＳ１４）。燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ２まで上昇した（Ｙｅｓ：時間Ｔ１４）場合はステップＳ１６へ進み、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ２まで上昇していない（Ｎｏ）の場合はステップＳ１３で引き続き昇圧を続ける。
【００６８】
次に、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力が所定値ＰＳ３まで昇圧したか否かを判定する（ステップＳ１５）。酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力が所定値ＰＳ３まで昇圧した（Ｙｅｓ：時間Ｔ１５）場合はステップＳ１７へ進み、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力が所定値ＰＳ３まで昇圧していない（Ｎｏ）場合はステップＳ１３で引き続き昇圧を続ける。ここで、所定値ＰＳ３は実施例１から実施例４の何れかで設定した値である。
【００６９】
次にステップＳ１６では、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が、燃料極１ｂのガス偏在を抑制できる圧力（所定値ＰＳ２）まで昇圧したため、燃料極１ｂの昇圧を終了する。またステップＳ１７でも、酸化剤極１ａの酸化剤圧力が、所定値ＰＳ３まで昇圧したため、酸化剤極１ｂの昇圧を終了する。
【００７０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、コントローラ４３において、燃料ガス圧力設定手段の設定に基づき燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力を昇圧させる燃料ガス昇圧手段（燃料ガス昇圧ステップ）と、酸化剤ガス圧力設定手段の設定に基づき酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力を昇圧させる酸化剤ガス昇圧手段（酸化剤ガス昇圧ステップ）と、をさらに備え、酸化剤ガス昇圧手段（酸化剤ガス昇圧ステップ）は、燃料ガス昇圧手段（燃料ガス昇圧ステップ）によって燃料極１ｂの燃料ガス圧力が膜間許容差圧から決まる所定値になったときに昇圧を開始する。
【００７１】
このように、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力の昇圧を燃料極１ｂ側に対して遅らせ、また膜間許容差圧から決まる所定値になった場合に、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力の昇圧を開始するので、燃料電池本体１の出力電圧の上昇速度を小さくでき、制御による対応がしやすくなるという効果が得られる。例えば、実施例２のように燃料電池本体１の出力電圧に応じてフィードバック制御を実施する場合には、制御の応答がしやすくなるメリットがある。また、膜間許容差圧を守るように昇圧できるので、燃料電池本体１(電解質膜など)の耐久性が向上する。膜間差圧を守ることができる。
【実施例６】
【００７２】
次に、本発明の実施例６に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法について説明する。実施例６の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００７３】
ただし、コントローラ４３において、燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力を降圧させる燃料ガス降圧手段と、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力を降圧させる酸化剤ガス降圧手段と、をさらに備え、酸化剤ガス降圧手段は、燃料ガス降圧手段によって燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値以下になったときに、降圧を開始する点が実施例１と異なる。
【００７４】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける起動方法並びに起動時の高圧状態から通常運転に遷移するときの降圧方法について、図１３および図１４を参照しながら説明する。ここで、図１３は、本実施例の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図であり、図１４は、本実施例の燃料電池システムの降圧方法について説明するフローチャートである。
【００７５】
まず、燃料ガス降圧手段によって燃料極１ｂ側の燃料ガス圧力の降圧を開始する（ステップＳ２１）。降圧を開始するタイミングＴ２１は、燃料極の燃料ガスの偏在がなくなるタイミングであり、例えば燃料ガス供給からの時間等で設定される。
【００７６】
次に、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ３以下か否かを判定する（ステップＳ２２）。燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ３以下（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ２３へ進み、燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ３を超える（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２１へ戻って降圧を続ける。ここで、所定値ＰＳ３は、実施例１から実施例４までの何れかで設定した値であるが、通常運転中に酸化剤極１ａと燃料極１ｂに定常的に付ける差圧となったときでもかまわない。
【００７７】
次に、ステップＳ２２で燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値ＰＳ３以下であると判断された場合、酸化剤ガス降圧手段によって酸化剤極１ａ側の酸化剤ガスの降圧を開始する（ステップＳ２３）。
【００７８】
次に、酸化剤極１ａおよび燃料極１ｂの圧力が所定値ＰＳ４以下か否かの判定を実施する（ステップＳ２４）。酸化剤極１ａおよび燃料極１ｂの圧力が所定値ＰＳ４以下（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ２５へ進み、酸化剤極１ａおよび燃料極１ｂの圧力が所定値ＰＳ４以下でない（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２３で降圧を続ける。ここで、所定値ＰＳ４は通常運転中の酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力のことである。
【００７９】
さらに、酸化剤極１ａと燃料極１ｂの圧力が所定値ＰＳ４（通常運転の圧力）となった場合、それぞれの降圧を終了する（ステップＳ２５）。
【００８０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法では、コントローラ４３において、燃料極１ｂにおける燃料ガス圧力を降圧させる燃料ガス降圧手段（燃料ガス降圧ステップ）と、酸化剤極１ａにおける酸化剤ガス圧力を降圧させる酸化剤ガス降圧手段（酸化剤ガス降圧ステップ）と、をさらに備え、酸化剤ガス降圧手段（酸化剤ガス降圧ステップ）は、燃料ガス降圧手段（燃料ガス降圧ステップ）によって燃料極１ｂの燃料ガス圧力が所定値以下になったときに、降圧を開始する。
【００８１】
このように、起動時高圧状態から通常運転への降圧過程にて、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力の降圧を燃料極１ｂ側に対して遅らせ、また燃料極１ｂの燃料ガス圧力が膜間許容差圧から決まる所定値以下になった場合に、酸化剤極１ａの酸化剤ガス圧力の降圧を開始するので、燃料電池本体１の出力電圧が上昇することはなく、また、膜間差圧を付ける時間が短くて済むので燃料電池本体１(電解質膜)の耐久性が向上する。
【００８２】
つまり、酸化剤極１ａ側の降圧を燃料極１ｂに対して遅らせる場合、膜間差圧をつける時間が短くて済む。例えば、酸化剤極１ａ側の降圧を燃料極１ｂの降圧に対して同時に実施した場合、図１３に示す二点鎖線のように、ステップＳ２１（時間Ｔ２１）からステップＳ２５（時間Ｔ２５）の間で差圧を余分に付けることとなる。また、燃料電池本体１の出力電圧自体も、燃料極１ｂ側の燃料ガス圧力を降圧させるので、ステップＳ２１の時点で酸化剤極１ａ側の酸化剤ガス圧力を降圧させずとも問題ない。以上より、膜間に差圧が付いている時間を短くでき、燃料電池(電解質膜など)の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】燃料電池本体１の単位セルの概念図である。
【図３】実施例１の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図４】実施例１の燃料電池本体１の出力電圧の時間的推移を説明する説明図である。
【図５】実施例２の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図６】実施例２の燃料電池本体１の出力電圧の時間的推移を説明する説明図である。
【図７】負荷装置４０周辺の部分構成図である。
【図８】実施例３の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図９】実施例４の燃料電池システムが適用される車両の構成図である。
【図１０】実施例４の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図１１】実施例５の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図１２】実施例５の燃料電池システムの起動時昇圧方法について説明するフローチャートである。
【図１３】実施例６の燃料電池システムの起動方法により設定される燃料極ガス圧力および酸化剤極ガス圧力の時間的推移を説明する説明図である。
【図１４】実施例６の燃料電池システムの降圧方法について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１    燃焼電池本体
１a    酸化剤極
１ｂ  燃料極
１１    空気コンプレッサ
１２    空気供給経路
１３    空気系加湿装置
１４    空気排気経路
１５    空気調圧弁
１６    空気圧力計
２１    高圧水素タンク
２２    水素供給経路
２３    水素調圧弁
２４    水素循環装置
２５    水素系加湿装置
２６    水素循環経路
２７    水素排気経路
２８    水素排出弁
２９    水素圧力計
３１    冷却水ポンプ
３２    冷却水循環経路
３３    熱交換器
３４    冷却水温度計
４０    負荷装置
４１    電圧計
４２    電流計
４３    コントローラ
４４    バッテリ
４５    バッテリ電圧計
５０    燃料電池車両
５１    ラジエータファン
５２    エアコン
１００    燃料電池単セル
１０１    ＭＥＡ
１０２    電解質膜
１０３    燃料極触媒層
１０４    酸化剤極触媒層
１０５    燃料極ガス拡散層
１０６    酸化剤極ガス拡散層
１０７，１０８    セパレータ
１０９    燃料ガス流路
１１０    酸化剤ガス流路
【図１】
2006253005.tif 000003
【図２】
2006253005.tif 000004
【図３】
2006253005.tif 000005
【図４】
2006253005.tif 000006
【図５】
2006253005.tif 000007
【図６】
2006253005.tif 000008
【図７】
2006253005.tif 000009
【図８】
2006253005.tif 000010
【図９】
2006253005.tif 000011
【図１０】
2006253005.tif 000012
【図１１】
2006253005.tif 000013
【図１２】
2006253005.tif 000014
【図１３】
2006253005.tif 000015
【図１４】
2006253005.tif 000016