(57)【要約】【課題】運転状況に応じた最適な回復処理を行うことができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池と、燃料電池から供給される電力により充電が行われる二次電池と、充電の際の電圧より低い電圧で燃料電池を発電させて、燃料電池の回復処理を行う回復手段（Ｓ１４）と、充電の際の電流より低い電流で燃料電池を発電させて、燃料電池の電圧を確認する確認手段（Ｓ１５）と、燃料電池から二次電池への充電の運転モードとして、二次電池の充電率を上昇させるチャージモードを選択する選択手段（Ｓ２）と、チャージモードが選択された場合、二次電池への充電より先に、回復手段と確認手段とを交互に実施する制御手段とを有する燃料電池システム。【選択図】図２
2018147615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池から供給される電力により充電が行われる二次電池と、
前記充電の際の電圧より低い電圧で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の回復処理を行う回復手段と、
前記充電の際の電流より低い電流で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の電圧を確認する確認手段と、
前記充電の際に前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する制御手段とを有する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から前記二次電池への充電の運転モードとして、前記二次電池の充電率を上昇させる第１のモードを選択する選択手段を有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第１のモードが選択された場合、前記二次電池への充電より先に、前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記回復手段と前記確認手段とを交互に連続して実施する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記選択手段は、前記運転モードとして、前記二次電池の充電率を維持する第２のモードを有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第２のモードが選択された場合、前記二次電池の充電率が維持されるように、前記回復手段を間欠的に実施する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記確認手段で確認した前記燃料電池の電圧が所定電圧以上となったとき、前記回復手段と前記確認手段の交互実施を終了する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化ガスの供給量を調整する供給量調整手段、前記燃料電池の温度を調整する温度調整手段、及び、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの湿度を調整する湿度調整手段のうちの少なくとも１つを有し、
前記制御手段は、前記回復手段及び前記確認手段を実施する際に、前記供給量調整手段により前記燃料ガス及び前記酸化ガスの供給量を調整前より下げること、前記温度調整手段により前記燃料電池の温度を調整前より上げること、及び、前記湿度調整手段により前記燃料ガス及び前記酸化ガスの湿度を調整前より下げることのうちの少なくとも１つを実施して、前記燃料電池の内部抵抗を実施前の内部抵抗より高くする
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、二次電池を搭載する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば、水素と酸素の電気化学反応によって、発電を行う電池である。近年、このような燃料電池と二次電池とを組み合わせたシステムが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９２４６８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１２８６１０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池は長時間の連続運転により、空気極の触媒の酸化劣化、膜電極接合体由来の劣化分解物の化学吸着及び物理吸着による劣化、金属セパレータ、金属配管、樹脂配管などシステム由来の不純物の化学吸着及び物理吸着による劣化、大気中の硫黄分、塩分の化学吸着などによる劣化を生じる問題がある。こうした劣化は、電解質膜のプロトン伝導を阻害したり、電解質膜の化学劣化を加速したり、金属セパレータの腐食を加速したりする問題がある。
【０００５】
上述した問題を解決するため、燃料電池では、上述した劣化を回復する回復処理が行われているが、燃料電池と二次電池とを組み合わせたシステムにおいては、燃料電池から二次電池へ充電する際の運転状況を考慮して、回復処理を実施することが望ましい。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、運転状況に応じた最適な回復処理を行う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】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係る燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池から供給される電力により充電が行われる二次電池と、
前記充電の際の電圧より低い電圧で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の回復処理を行う回復手段と、
前記充電の際の電流より低い電流で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の電圧を確認する確認手段と、
前記充電の際に前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する制御手段とを有する
ことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係る燃料電池システムは、
上記第１の発明に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から前記二次電池への充電の運転モードとして、前記二次電池の充電率を上昇させる第１のモードを選択する選択手段を有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第１のモードが選択された場合、前記二次電池への充電より先に、前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係る燃料電池システムは、
上記第２の発明に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記回復手段と前記確認手段とを交互に連続して実施する
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係る燃料電池システムは、
上記第２又は第３の発明のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記選択手段は、前記運転モードとして、前記二次電池の充電率を維持する第２のモードを有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第２のモードが選択された場合、前記二次電池の充電率が維持されるように、前記回復手段を間欠的に実施する
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第５の発明に係る燃料電池システムは、
上記第１〜第４の発明のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記確認手段で確認した前記燃料電池の電圧が所定電圧以上となったとき、前記回復手段と前記確認手段の交互実施を終了する
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第６の発明に係る燃料電池システムは、
上記第１〜第５の発明のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化ガスの供給量を調整する供給量調整手段、前記燃料電池の温度を調整する温度調整手段、及び、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの湿度を調整する湿度調整手段のうちの少なくとも１つを有し、
前記制御手段は、前記回復手段及び前記確認手段を実施する際に、前記供給量調整手段により前記燃料ガス及び前記酸化ガスの供給量を調整前より下げること、前記温度調整手段により前記燃料電池の温度を調整前より上げること、及び、前記湿度調整手段により前記燃料ガス及び前記酸化ガスの湿度を調整前より下げることのうちの少なくとも１つを実施して、前記燃料電池の内部抵抗を実施前の内部抵抗より高くする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池の回復処理時に生じる電力を二次電池への充電に利用すると共に、運転状況に合わせた最適な回復を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムで実施するチャージモードでの制御方法を説明する図であり、（ａ）は、回復処理を含むチャージ運転を説明するフローチャートであり、（ｂ）は、回復処理自体を説明するフローチャートである。
【図３】図２に示したチャージモードでの制御方法を説明するタイムチャートである。
【図４】図１に示した燃料電池システムで実施するセーブモードでの制御方法を説明する図であり、（ａ）は、回復処理を含むセーブ運転を説明するフローチャートであり、（ｂ）は、回復処理自体を説明するフローチャートである。
【図５】図４に示したセーブモードでの制御方法を説明するタイムチャートである。
【図６】図１に示した燃料電池システムで実施する指定なしモードでの制御方法を説明する図であり、回復処理を含む維持運転を説明するフローチャートである。
【図７】図６に示した指定なしモードでの制御方法を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図７を参照して、本発明に係る燃料電池システムの実施形態を説明する。なお、ここでは、本発明に係る燃料電池システムを有するものとして、燃料電池車両を例示するが、車両以外のもの、例えば、航空機用燃料電池システムや定置用燃料電池システムなどとしても適用可能である。また、ここでは、燃料電池に供給する燃料ガスを水素とし、酸化ガスを酸素として説明するが、同等のものであれば、他のものでも良い。
【００１６】
［実施例１］
図１は、本実施例の燃料電池システムを示す構成図である。また、図２、図４、図６は、図１に示した燃料電池システムで実施する制御方法を説明するフローチャートである。また、図３は、図２に示した制御方法を説明するタイムチャートであり、図５は、図４に示した制御方法を説明するタイムチャートであり、図７は、図６に示した制御方法を説明するタイムチャートである。
【００１７】
燃料電池１１は、積層された複数のセルを有し、水素と酸素の電気化学反応により発電を行うものである。この燃料電池１１には、セルの温度を測定する温度センサ１１ａ、セルの内部抵抗を測定する抵抗センサ１１ｂ、セルの電圧を測定する電圧センサ１１ｃ、セルの電流を測定する電流センサ１１ｄなどが設けられている。なお、燃料電池１１は既知のもので良く、ここでは、その構成の説明は省略するが、例えば、固体高分子形燃料電池などが使用可能である。
【００１８】
燃料電池１１には、供給ラインＧ１、無加湿ラインＧ２、加湿ラインＧ３を介して、水素タンク１２から水素が供給される。供給ラインＧ１には、水素の供給量を調整する調整弁１３（供給量調整手段）、三方弁１４が設けられ、加湿ラインＧ３には、水素を加湿する加湿器１５（湿度調整手段）が設けられている。
【００１９】
そして、水素を無加湿で供給する場合には、三方弁１４を用いて、無加湿ラインＧ２へ切り換えて、無加湿の水素を燃料電池１１へ供給する。一方、水素を加湿して供給する場合には、三方弁１４を用いて、加湿ラインＧ３へ切り換え、加湿器１５で水素の加湿を行い、加湿された水素を燃料電池１１へ供給する。また、三方弁１４を用いて、無加湿ラインＧ２へ供給する水素の量と加湿ラインＧ３へ供給する水素の量とを調整しても良い。
【００２０】
また、燃料電池１１には、供給ラインＧ４、無加湿ラインＧ５、加湿ラインＧ６を介して、フィルタ（図示省略）を経由してコンプレッサ１６（供給量調整手段）が吸入した空気（酸素）が供給される。このコンプレッサ１６により、酸素の供給量が調整可能である。供給ラインＧ４には、三方弁１７が設けられ、加湿ラインＧ６には、空気を加湿する加湿器１８（湿度調整手段）が設けられている。
【００２１】
そして、空気を無加湿で供給する場合には、三方弁１７を用いて、無加湿ラインＧ５へ切り換えて、無加湿の空気を燃料電池１１へ供給する。一方、空気を加湿して供給する場合には、三方弁１７を用いて、加湿ラインＧ６へ切り換え、加湿器１８で空気の加湿を行い、加湿された空気を燃料電池１１へ供給する。また、三方弁１７を用いて、無加湿ラインＧ５へ供給する空気の量と加湿ラインＧ６へ供給する空気の量とを調整しても良い。
【００２２】
上述した加湿器１５、１８には、図示は省略しているが、燃料電池１１に供給した未反応の水素、空気を各々環流している。環流された未反応の水素、空気は、燃料電池１１で生成された水で加湿されているので、加湿された水素、空気と新たに供給した水素、空気との間で水分交換を行うことにより、新たに供給した水素、空気を加湿して供給することができる。この際、還流した未反応の水素を再利用して、燃料電池１１に供給できるようにすれば、水素の消費量を抑制可能である。なお、加湿器１５、１８に、加湿用の水を別途供給し、別途供給した水を用いて、水素、空気の加湿を行っても良い。
【００２３】
また、燃料電池１１は、電力ラインＰ１を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、二次電池２２、インバータ２３、駆動モータ２４と接続されている。
【００２４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、燃料電池１１で発電された直流電力の出力電圧を昇圧又は降圧している。また、二次電池２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から供給された直流電力を充電すると共に、インバータ２３へ直流電力を供給している。二次電池２２としては、既知のものを使用可能であり、例えば、リチウムイオンバッテリなどが使用可能である。二次電池２２には、二次電池２２の制御を行う制御ユニット２５が設けられており、この制御ユニット２５は、後述する二次電池２２のＳＯＣ（State of Charge；充電率）などを検出している。
【００２５】
また、インバータ２３は、二次電池２２から供給された直流電力、又は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及び二次電池２２から供給された直流電力を交流電力に変換している。そして、駆動モータ２４は、インバータ２３で変換された交流電力を用いて駆動されており、これにより、燃料電池車両を走行させることになる。
【００２６】
また、二次電池２２には、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６及び電源プラグ２７が接続されている。つまり、プラグインタイプの燃料電池車両の構成となっている。従って、燃料電池１１からだけではなく、外部から供給される電力でも充電可能であり、例えば、家庭用電源に電源プラグ２７を接続すれば、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６は、家庭用電源から供給された交流電力を直流電力へ変換して、二次電池２２へ供給することになる。
【００２７】
また、燃料電池１１には、当該燃料電池１１を冷却する冷却水が流れる主水路Ｗ１、バイパス水路Ｗ２が設けられている。主水路Ｗ１には、ポンプ３１、三方弁３２、ラジエータ３３が設けられている（温度調整手段）。
【００２８】
ポンプ３１は、冷却水を燃料電池１１に供給しており、燃料電池１１に供給された冷却水は、燃料電池１１の廃熱を吸収して、ラジエータ３３へ供給されている。ラジエータ３３は、廃熱を吸収した冷却水を冷却している。このようにして、燃料電池１１のセル温度が調整されている。
【００２９】
なお、燃料電池１１のセル温度に応じ、三方弁３２を用いて、冷却水をラジエータ３３又はバイパス水路Ｗ２のいずれかに切り換えても良いし、ラジエータ３３へ供給する冷却水の量とバイパス水路Ｗ２へ供給する冷却水の量とを調整しても良い。
【００３０】
そして、上述した機器は、制御装置５０（制御手段）により制御される。制御装置５０には、アクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ５１や運転モードを選択するモード選択スイッチ５２（選択手段）などが接続されている。このモード選択スイッチ５２は、後述するチャージモード、セーブモード及び指定なしモードの中から１つを選択するスイッチである。この指定なしモードとは、チャージモードでもセーブモードでもないモードのことである。
【００３１】
また、制御ユニット２５から二次電池２２のＳＯＣなどが入力されると共に、温度センサ１１ａで測定されたセル温度、抵抗センサ１１ｂで測定されたセルの内部抵抗、電圧センサ１１ｃで測定されたセル電圧、電流センサ１１ｄで測定されたセル電流などが入力される。また、インバータ２３から駆動モータ２４での駆動電力が入力される。これらの入力に基づいて、制御装置５０は、上述した機器を制御して、後述する制御を行っている。
【００３２】
なお、制御装置５０としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力インターフェースなどを有するＥＣＵ（Electronics Control Unit）などが使用可能である。
【００３３】
本実施例の燃料電池システムは、燃料電池１１から二次電池２２へ充電を行う際、チャージモード、セーブモード及び指定なしモードのいずれかで充電を行っており、これらは上述したモード選択スイッチ５２で選択されている。
【００３４】
そして、チャージモード（第１のモード）では、二次電池２２のＳＯＣが所定の高いＳＯＣ（例えば、８０％）になるように、燃料電池１１を運転している。また、セーブモード（第２のモード）では、現在のＳＯＣを二次電池２２で維持するように、燃料電池１１を運転している。また、指定なしモード（第２のモード）でも、電欠しない最低限のＳＯＣを二次電池２２で維持するように、燃料電池１１を運転している。
【００３５】
チャージモード、セーブモード及び指定なしモードのいずれかが選択された状態でも、燃料電池１１の回復処理は必要であり、その回復処理は、運転状況に応じて、つまり、チャージモード、セーブモード及び指定なしモードの選択状態に応じて行う必要がある。以下、チャージモード、セーブモード及び指定なしモードについて、それぞれ説明を行う。
【００３６】
＜チャージモード＞
チャージモードにおけるチャージ運転及び回復処理について、図１と共に、図２及び図３を参照して説明を行う。
【００３７】
（ステップＳ１）
制御装置５０は、制御ユニット２５を用いて、二次電池２２のＳＯＣを参照する。
【００３８】
（ステップＳ２）
制御装置５０は、モード選択スイッチ５２での選択がチャージモードかどうかを確認し、チャージモードである場合、ステップＳ３へ進み、チャージモードでない場合、リターンへ進む。
【００３９】
（ステップＳ３）
制御装置５０は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップＳ４へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップＳ７へ進む。
【００４０】
ここで、前回の回復処理からの電圧低下幅は、前回の回復処理時に最後に確認した燃料電池１１のセル電圧から現在の燃料電池１１のセル電圧を減算して算出している。これらのセル電圧は、例えば、後述の所定電流発電（ステップＳ１５参照）と同じ発電を実施し、当該発電時の燃料電池１１のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定すれば良い。また、前回の回復処理からの経過時間は、前回の回復処理の時間から現在の時間を減算して算出している。
【００４１】
（ステップＳ４）
制御装置５０は、燃料電池１１のセル電圧が０．２Ｖのときの電力（以降、０．２Ｖ時電力）、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ５へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、ステップＳ６へ進む。ここでは、二次電池２２の受入電力が残っているかどうか、つまり、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断しており、ある場合は、ステップＳ５へ進み、ない場合は、ステップＳ６へ進むことになる。
【００４２】
ここで、０．２Ｖ時電力は、前回又は直前に実施した０．２Ｖ発電（後述のステップＳ１４参照）での電力を参照すれば良い。このときの電力は、電圧センサ１１ｃ及び電流センサ１１ｄを用いて測定されている。また、駆動電力は、インバータ２３から入力されたものであり、また、受入電力は、制御ユニット２５から入力されたＳＯＣに基づくものである。また、ここでの０．２Ｖとは、後述の０．２Ｖ発電における回復処理のための還元電圧であり、回復処理における還元電圧が変更されれば、この還元電圧に合わせて、この０．２Ｖも他の電圧に変更される。
【００４３】
（ステップＳ５、Ｓ６）
二次電池２２へ充電できる容量がある場合には、ステップＳ５において、回復処理が行われ、二次電池２２へ充電できる容量がない場合には、ステップＳ６において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、後述のステップＳ１１〜Ｓ１５において説明を行う。
【００４４】
（ステップＳ７）
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、チャージ運転、即ち、二次電池２２のＳＯＣが所定の高いＳＯＣ（例えば、８０％）になるように、燃料電池１１の運転が行われる。
【００４５】
そして、回復処理及び出力低下制御下回復処理は、以下の手順に従って実施される。なお、出力低下制御下回復処理は、後述する出力低下制御を除いて、回復処理と同じ手順である。
【００４６】
（ステップＳ１１）
制御装置５０は、所定電流発電時の燃料電池１１のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池１１において、所定電流発電（後述のステップＳ１５参照）と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図３を参照して説明すると、所定電流発電Ａ２が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。なお、所定電流とは、二次電池２２へ充電する際の電流より低い電流である。
【００４７】
（ステップＳ１２）
制御装置５０は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が０未満であれば、ステップＳ１３へ進み、０以上であれば、この回復処理を終了する。前回セル電圧とは、前回の回復処理時に最後に確認したセル電圧であって、所定電流発電時の燃料電池１１のセル電圧のことであり、電圧センサ１１ｃで測定したものを、前回セル電圧として記録してある。
【００４８】
燃料電池１１は、後述のステップ１４で実施する０．２Ｖ発電による回復処理により、発電効率が回復してくると、そのセル電圧が上昇してくる。このステップＳ１２では、現在セル電圧を確認することにより、燃料電池１１の回復処理が必要かどうかを判断しており、現在セル電圧が前回セル電圧（所定電圧）以上になったら、回復終了と判断している。
【００４９】
（ステップＳ１３）
上述したステップＳ４と同様に、制御装置５０が、０．２Ｖ時電力、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ１４へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
【００５０】
（ステップＳ１４；回復手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、０．２Ｖ発電を行って、燃料電池１１の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池１１の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池１１からの出力（発電量）も大きくなるので、その結果、二次電池２２への充電も行われて、二次電池２２のＳＯＣも増加することになる。この０．２Ｖ発電を行う時間は、予め設定した所定の発電時間の間行っても良いし、また、二次電池２２のＳＯＣの時間変化が負の場合には（例えば、駆動モータ２４の要求出力が大きい場合には）、この０．２Ｖ発電の時間を長くして、二次電池２２へ充電する時間を長くするようにしても良い。
【００５１】
また、上述した０．２Ｖとは、回復処理における還元電圧であり、二次電池２２へ充電する際の電圧より低い電圧である。セル電圧を０．２Ｖに下げることにより、燃料電池１１の触媒の活性化を行って、燃料電池１１の回復処理を行っている。なお、還元電圧である０．２Ｖは例示であり、劣化の原因となる吸着物質に応じて、適宜変更が可能である。
【００５２】
（ステップＳ１５；確認手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池１１のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定することにより、燃料電池１１の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップＳ１２の条件を満たすまで、ステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り返され、燃料電池１１の劣化の回復が行われることになる。
【００５３】
なお、ここでの所定電流発電は、上述したように、二次電池２２へ充電する際の電流より低い電流で発電しているので、燃料電池１１からの出力（発電量）は小さく、二次電池２２への充電量としては大きなものではない。
【００５４】
上述したステップＳ１４及びＳ１５について、図３を参照して説明すると、チャージモードでは、回復処理が必要と判断されると、回復終了と判断されるまで、０．２Ｖ発電Ａ１と所定電流発電Ａ２が交互に連続的に実施されることになる。ここでは、０．２Ｖ発電Ａ１で発電した電力を二次電池２２へ充電できるので、二次電池２２への充電を行いながら、０．２Ｖ発電Ａ１と所定電流発電Ａ２が交互に連続的に実施されることになる。そして、所定電流発電Ａ２におけるセル電圧は、図３中の点線矢印に示すように、０．２Ｖ発電Ａ１の実施に伴って上昇し、現在セル電圧が前回セル電圧以上になった時点で回復終了となっている。
【００５５】
回復終了後は、上述のステップＳ７で説明したように、通常のチャージ運転が実施される。図３を参照して説明すると、０．２Ｖ発電Ａ１及び所定電流発電Ａ２による回復処理の終了後に、チャージ運転Ａ３が実施され、ここでは、二次電池２２のＳＯＣが８０％になるように、燃料電池１１の運転が行われることになる。このように、チャージモードでは、チャージ運転Ａ３の前に、０．２Ｖ発電Ａ１及び所定電流発電Ａ２の交互実施による回復処理が行われるので、チャージ運転Ａ３の際には、発電効率が向上した状態の燃料電池１１で発電を行うことができる。
【００５６】
以上説明したように、チャージモードでは、当該モードの開始直後に回復処理を開始し、回復処理を連続的に行うことにより、回復処理中にも二次電池２２への充電を行うと共に、燃料電池１１の発電効率を向上させることができる。そして、回復処理後は、発電効率が向上した状態の燃料電池１１で二次電池２２への充電を行うことができる。このようにして、燃料電池１１の劣化を回復させるときに生じる電力を二次電池２２への充電に利用して、二次電池２２のＳＯＣを向上させると共に、チャージモードに合わせた最適な回復を行うことができる。
【００５７】
次に、出力低下制御について説明する。燃料電池１１の出力を低下して制御するためには、つまり、低効率で発電させるためには、燃料電池１１のセルの内部抵抗を上げる必要があり、以下の条件１〜３の少なくとも１つを実施すれば良い。当然、条件１〜３の中から複数の条件を組み合わせて実施しても良い。
【００５８】
条件１：水素及び酸素の供給量を下げる。
条件２：セル温度を上げる。
条件３：加湿度を下げる。
【００５９】
例えば、条件１を実施する場合、即ち、水素及び酸素の供給量を下げる場合には、制御装置５０は、調整弁１３及びコンプレッサ１６を制御して、水素及び酸素の供給量を調整前より下げている。
【００６０】
また、条件２を実施する場合、即ち、セル温度を上げる場合には、制御装置５０は、ポンプ３１を制御して、冷却水の流量を下げて、セル温度を調整前より上げている。
【００６１】
また、条件３を実施する場合、即ち、加湿度を下げる場合には、制御装置５０は、加湿器１５、１８を制御して、水素及び酸素の加湿度を調整前より下げている。
【００６２】
上記条件１〜３の少なくとも１つを実施すれば、燃料電池１１のセルの内部抵抗が実施前より上がり、発熱が促進される一方、発電が抑制される。二次電池２２のＳＯＣが高く、二次電池２２への充電ができない場合には、上述したステップＳ１１〜Ｓ１５を、このような出力低下制御で実施すれば良い。また、このような出力低下制御では、水素の消費量も抑制可能である。
【００６３】
＜セーブモード＞
セーブモードにおけるセーブ運転及び回復処理について、図１と共に、図４及び図５を参照して説明を行う。
【００６４】
（ステップＳ２１）
制御装置５０は、制御ユニット２５を用いて、二次電池２２のＳＯＣを参照する。
【００６５】
（ステップＳ２２）
制御装置５０は、モード選択スイッチ５２の選択がセーブモードかどうかを確認し、セーブモードである場合、ステップＳ２３へ進み、セーブモードでない場合、リターンへ進む。なお、このセーブモードにおいては、セーブモードを選択したときのＳＯＣが、セーブＳＯＣとして記憶され、このセーブＳＯＣを維持するように、以降の制御が行われる。
【００６６】
（ステップＳ２３）
制御装置５０は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップＳ２４へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップＳ２７へ進む。ここでの電圧低下幅や経過時間については、上述のステップＳ３で説明した通りである。
【００６７】
（ステップＳ２４）
制御装置５０は、０．２Ｖ時電力、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ２５へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、ステップＳ２６へ進む。つまり、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断している。ここでの０．２Ｖ時電力、駆動電力、受入電力についても、上述のステップＳ４で説明した通りである。
【００６８】
（ステップＳ２５、Ｓ２６）
二次電池２２へ充電できる容量がある場合には、ステップＳ２５において、回復処理が行われ、二次電池２２へ充電できる容量がない場合には、ステップＳ２６において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、後述のステップＳ３１〜Ｓ３６において説明を行う。
【００６９】
（ステップＳ２７）
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、セーブ運転、即ち、二次電池２２のＳＯＣをセーブＳＯＣ（例えば、４０％）に維持するように、燃料電池１１の運転が行われる。
【００７０】
そして、回復処理及び出力低下制御下回復処理は、以下の手順に従って実施される。なお、出力低下制御下回復処理は、上述した出力低下制御を除いて、回復処理と同じ手順である。
【００７１】
（ステップＳ３１）
制御装置５０は、所定電流発電時の燃料電池１１のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池１１において、所定電流発電（後述のステップＳ３６参照）と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図５を参照して説明すると、所定電流発電Ｂ２が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。ここでの所定電流についても、上述のステップＳ１１で説明した通りである。
【００７２】
（ステップＳ３２）
制御装置５０は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が０未満であれば、ステップＳ３３へ進み、０以上であれば、この回復処理を終了する。ここでは、上述のステップＳ１２と同様のことを行っており、現在セル電圧を確認することにより、燃料電池１１の回復処理が必要かどうかを判断しており、現在セル電圧が前回セル電圧（所定電圧）以上になったら、回復終了と判断している。
【００７３】
（ステップＳ３３）
上述したステップＳ２４と同様に、制御装置５０が、０．２Ｖ時電力、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ３４へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
【００７４】
（ステップＳ３４）
制御装置５０は、二次電池２２の現在のＳＯＣ（以降、現在ＳＯＣ）を確認し、［現在ＳＯＣ≦（セーブＳＯＣ−回復ＳＯＣ／２）］となったとき、ステップＳ３５へ進み、それ以外の場合、つまり、［現在ＳＯＣ＞（セーブＳＯＣ−回復ＳＯＣ／２）］の場合には、リターンへ進む。なお、この回復ＳＯＣは、前回又は直前の０．２Ｖ発電の電力量から現在の駆動電力量を減算することにより推定している。また、ＳＯＣや電力量は、所定の時間での平均値としても良い。
【００７５】
（ステップＳ３５；回復手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、０．２Ｖ発電を行って、燃料電池１１の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池１１の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池１１からの出力も大きくなるので、その結果、二次電池２２への充電も行われて、二次電池２２のＳＯＣも増加することになるが、このセーブモードでは、ＳＯＣの変動を抑制する必要があるため、上述した回復ＳＯＣだけＳＯＣが増加する所定の発電時間の間、０．２Ｖ発電が行われることになる。また、ここでの０．２Ｖについては、上述のステップＳ１４で述べた通りであり、適宜に変更可能である。
【００７６】
上述したステップＳ３４→Ｓ３５について、図５を参照して説明すると、セーブＳＯＣを４０％、回復ＳＯＣを４％とするときは、現在ＳＯＣが３８％以下になると、ステップＳ３５へ進み、０．２Ｖ発電を開始することになり、０．２Ｖ発電を上記所定の発電時間の間実施することにより、回復ＳＯＣ＝４％の充電が行われて、現在ＳＯＣが４２％まで充電されることになる。
【００７７】
（ステップＳ３６；確認手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池１１のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定することにより、燃料電池１１の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップＳ３２の条件を満たすまで、ステップＳ３１〜Ｓ３６が繰り返され、燃料電池１１の劣化の回復が行われることになる。なお、ここでの所定電流発電は、上述のステップＳ１５で述べたように、二次電池２２への充電量としては大きなものではない。
【００７８】
上述したステップＳ３５及びＳ３６について、図５を参照して説明すると、セーブモードでは、回復処理が必要と判断されると、回復終了と判断されるまで、０．２Ｖ発電Ｂ１と所定電流発電Ｂ２が交互に実施されることになる。ここでは、二次電池２２のＳＯＣをセーブＳＯＣに維持する必要があるため、チャージモードとは異なり、０．２Ｖ発電Ｂ１が間欠的に実施されている。つまり、二次電池２２のＳＯＣの変動を抑制しながら、０．２Ｖ発電Ｂ１と所定電流発電Ｂ２が交互に実施されると共に、０．２Ｖ発電Ｂ１が間欠的に実施されている。
【００７９】
このセーブモードにおいては、０．２Ｖ発電Ｂ１と所定電流発電Ｂ２との間隔は、現在使用している駆動電力の大きさに応じて変化し、駆動電力が大きい（駆動モータ２４の要求出力が大きい）場合は、間隔が短くなり、駆動電力が小さい（駆動モータ２４の要求出力が小さい）場合は、間隔が長くなる。そして、所定電流発電Ｂ２におけるセル電圧は、図５中の点線矢印に示すように、０．２Ｖ発電Ｂ１の実施に伴って上昇し、現在セル電圧が前回セル電圧以上になった時点で回復終了となっている。
【００８０】
回復終了後は、上述のステップＳ２７で説明したように、通常のセーブ運転が実施される。図５を参照して説明すると、０．２Ｖ発電Ｂ１及び所定電流での発電Ｂ２による回復処理の終了後に、セーブ運転Ｂ３が実施され、ここでは、二次電池２２のＳＯＣが４０％で維持されるように、燃料電池１１の運転が行われることになる。
【００８１】
なお、上述した０．２Ｖ発電Ｂ１及び所定電流発電Ｂ２は、特に、二次電池２２が充電の受け入れをできない場合には、上述した出力低下制御を行った上で実施した方が良い。
【００８２】
以上説明したように、セーブモードでは、当該モードの開始直後に回復処理を開始すると共に、ＳＯＣの変動を抑制した回復処理を行うことにより、二次電池２２のＳＯＣを維持しつつ、燃料電池１１の発電効率を向上させることができる。このようにして、燃料電池１１の劣化を回復させるときに生じる電力を二次電池２２の充電に利用して、二次電池２２のＳＯＣを維持すると共に、セーブモードに合わせた最適な回復を行うことができる。
【００８３】
＜指定なしモード＞
指定なしモード、つまり、チャージモードでもセーブモードでもないモードにおける維持運転及び回復処理について、図１と共に、図６及び図７を参照して説明を行う。なお、この指定なしモードにおいて、回復処理及び出力低下制御下回復処理については、セーブモードと同じであるので、ここでは、図４（ｂ）を参照して、その説明を行う。
【００８４】
（ステップＳ４１）
制御装置５０は、制御ユニット２５を用いて、二次電池２２のＳＯＣを参照する。
【００８５】
（ステップＳ４２）
制御装置５０は、モード選択スイッチ５２の選択がチャージモード又はセーブモードであるかどうかを確認し、チャージモードでもセーブモードでもない場合、ステップＳ４３へ進み、チャージモード又はセーブモードである場合、リターンへ進む。なお、この指定なしモードにおいては、電欠しない最低限のＳＯＣが、セーブＳＯＣとして記憶され、このセーブＳＯＣを維持するように、以降の制御が行われる。
【００８６】
（ステップＳ４３）
制御装置５０は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップＳ４４へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップＳ４７へ進む。ここでの電圧低下幅や経過時間については、上述のステップＳ３で説明した通りである。
【００８７】
（ステップＳ４４）
制御装置５０は、０．２Ｖ時電力、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ４５へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、ステップＳ４６へ進む。つまり、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断している。ここでの０．２Ｖ時電力、駆動電力、受入電力についても、上述のステップＳ４で説明した通りである。
【００８８】
（ステップＳ４５、Ｓ４６）
二次電池２２へ充電できる容量がある場合には、ステップＳ４５において、回復処理が行われ、二次電池２２へ充電できる容量がない場合には、ステップＳ４６において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、上述した図４（ｂ）のステップＳ３１〜Ｓ３６を参照して後述する。
【００８９】
（ステップＳ４７）
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、維持運転、即ち、二次電池２２のＳＯＣをセーブＳＯＣに維持するように、つまり、電欠しない最低限のＳＯＣ（例えば、３０％）に維持するように、燃料電池１１の運転が行われる。
【００９０】
そして、回復処理及び出力低下制御下回復処理は、図４（ｂ）で示した手順と同じ手順で実施される。なお、出力低下制御下回復処理は、上述した出力低下制御を除いて、回復処理と同じ手順である。
【００９１】
（ステップＳ３１）
制御装置５０は、所定電流発電時の燃料電池１１のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池１１において、所定電流発電（後述のステップＳ３６参照）と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図７を参照して説明すると、所定電流発電Ｃ２が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。ここでの所定電流についても、上述のステップＳ１１で説明した通りである。
【００９２】
（ステップＳ３２）
制御装置５０は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が０未満であれば、ステップＳ３３へ進み、０以上であれば、この回復処理を終了する。ここでは、上述のステップＳ１２と同様のことを行っており、現在セル電圧を確認することにより、燃料電池１１の回復処理が必要かどうかを判断しており、現在セル電圧が前回セル電圧（所定電圧）以上になったら、回復終了と判断している。
【００９３】
（ステップＳ３３）
上述したステップＳ４４と同様に、制御装置５０が、０．２Ｖ時電力、現在の駆動電力及び二次電池２２の現在の受入電力を確認し、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）＜受入電力］である場合、ステップＳ３４へ進み、［（０．２Ｖ時電力−駆動電力）≧受入電力］である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池２２へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
【００９４】
（ステップＳ３４）
制御装置５０は、二次電池２２の現在ＳＯＣを確認し、［現在ＳＯＣ≦（セーブＳＯＣ−回復ＳＯＣ／２）］となったとき、ステップＳ３５へ進み、それ以外の場合、つまり、［現在ＳＯＣ＞（セーブＳＯＣ−回復ＳＯＣ／２）］の場合には、リターンへ進む。なお、この回復ＳＯＣは、前回又は直前の０．２Ｖ発電の電力量から現在の駆動電力量を減算することにより推定している。また、ＳＯＣや電力量は、所定の時間での平均値としても良い。
【００９５】
（ステップＳ３５；回復手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、０．２Ｖ発電を行って、燃料電池１１の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池１１の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池１１からの出力も大きくなるので、その結果、二次電池２２への充電も行われて、二次電池２２のＳＯＣも増加することになるが、この指定なしモードでは、ＳＯＣの変動を抑制する必要があるため、上述した回復ＳＯＣだけＳＯＣが増加する所定の発電時間の間、０．２Ｖ発電が行われることになる。また、ここでの０．２Ｖについては、上述のステップＳ１４で述べた通りであり、適宜に変更可能である。
【００９６】
上述したステップＳ３４→Ｓ３５について、図７を参照して説明すると、セーブＳＯＣを３０％、回復ＳＯＣを４％とするときは、現在ＳＯＣが２８％以下になると、ステップＳ３５へ進み、０．２Ｖ発電を開始することになり、０．２Ｖ発電を上記所定の発電時間の間実施することにより、回復ＳＯＣ＝４％の充電が行われて、現在ＳＯＣが３２％まで充電されることになる。
【００９７】
（ステップＳ３６；確認手段）
制御装置５０は、燃料電池１１において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池１１のセル電圧を電圧センサ１１ｃで測定することにより、燃料電池１１の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップＳ３２の条件を満たすまで、ステップＳ３１〜Ｓ３６が繰り返され、燃料電池１１の劣化の回復が行われることになる。なお、ここでの所定電流発電は、上述のステップＳ１５で述べたように、二次電池２２への充電量としては大きなものではない。
【００９８】
上述したステップＳ３５及びＳ３６について、図７を参照して説明すると、指定なしモードでは、回復処理が必要と判断されると、回復終了と判断されるまで、０．２Ｖ発電Ｃ１と所定電流発電Ｃ２が交互に実施されることになる。ここでは、二次電池２２のＳＯＣをセーブＳＯＣに維持する必要があるため、セーブモードと同様に、０．２Ｖ発電Ｃ１が間欠的に実施されている。つまり、二次電池２２のＳＯＣの変動を抑制しながら、０．２Ｖ発電Ｃ１と所定電流発電Ｃ２が交互に実施されると共に、０．２Ｖ発電Ｃ１が間欠的に実施されている。
【００９９】
この指定なしモードにおいても、０．２Ｖ発電Ｃ１と所定電流発電Ｃ２との間隔は、現在使用している駆動電力の大きさに応じて変化し、駆動電力が大きい（駆動モータ２４の要求出力が大きい）場合は、間隔が短くなり、駆動電力が小さい（駆動モータ２４の要求出力が小さい）場合は、間隔が長くなる。そして、所定電流発電Ｃ２におけるセル電圧は、図７中の点線矢印に示すように、０．２Ｖ発電Ｃ１の実施に伴って上昇し、現在セル電圧が前回セル電圧以上になった時点で回復終了となっている。
【０１００】
回復終了後は、上述のステップＳ４７で説明したように、通常の維持運転が実施される。図７を参照して説明すると、０．２Ｖ発電Ｃ１及び所定電流での発電Ｃ２による回復処理の終了後に、維持運転Ｃ３が実施され、ここでは、二次電池２２のＳＯＣが３０％で維持されるように、燃料電池１１の運転が行われることになる。
【０１０１】
なお、上述した０．２Ｖ発電Ｃ１及び所定電流発電Ｃ２は、特に、二次電池２２が充電の受け入れをできない場合には、上述した出力低下制御を行った上で実施した方が良い。
【０１０２】
以上説明したように、指定なしモードでは、当該モードの開始直後に回復処理を開始すると共に、ＳＯＣの変動を抑制した回復処理を行うことにより、プラグインでの充電量を確保しつつ、燃料電池１１の発電効率を向上させることができる。このようにして、燃料電池１１の劣化を回復させるときに生じる電力を二次電池２２の充電に利用して、二次電池２２のＳＯＣを維持すると共に、指定なしモードに合わせた最適な回復を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、二次電池を搭載する燃料電池システムとして好適なものであり、燃料電池車両だけでなく、航空機用燃料電池システムや定置用燃料電池システムなど、二次電池を搭載する全ての燃料電池システムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１１  燃料電池
２２  二次電池
２５  制御ユニット
５０  制御装置
５２  モード選択スイッチ
【図１】
2018147615.tif 000003
【図２】
2018147615.tif 000004
【図３】
2018147615.tif 000005
【図４】
2018147615.tif 000006
【図５】
2018147615.tif 000007
【図６】
2018147615.tif 000008
【図７】
2018147615.tif 000009