(57)【要約】【課題】燃料電池の発電動作中に、水素の供給不良による燃料電池の発電能力が低下しても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させて燃料電池から電力を供給する。【解決手段】燃料電池から負荷装置へ電力を供給している際に、燃料電池の発電能力の低下を検知した場合、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断するとともに、蓄電部から負荷装置へ電力を供給し、接続の一時遮断後に燃料電池の発電能力の回復を検知した場合、燃料電池を負荷装置へ接続し、燃料電池から負荷装置への電力の供給を再開させる。【選択図】図２
2011134529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置へ電力を供給する燃料電池システムであって、
アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に挟持された電解質膜を含む燃料電池セルを備える燃料電池と、
前記燃料電池に対して燃料ガスとして水素を供給する燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に対して酸化ガスとしての酸素を供給する酸化ガス供給系と、
前記燃料電池の前記負荷装置への電気的な接続および遮断のための電気的スイッチと、
電力の充電が可能な蓄電部と、
前記燃料ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記電気的スイッチ、および、前記蓄電部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記アノード側触媒電極層への水素の供給不良によって発生する前記燃料電池セルの発電能力の低下を検知する発電能力検知部を含み、
前記燃料電池から前記負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記発電能力検知部が発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記発電能力検知部によって前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであて、
前記燃料電池は、セル電圧モニター端子を備えており、
前記制御部は、前記セル電圧モニター端子に発生する電位に基づいて、前記燃料電池セルのアノード側とカソード側との間に発生するセル電圧が負電圧となった際に、前記酸化ガス供給系を制御して酸素供給量を増加させ、
前記発電能力検知部は、前記セル電圧が負電圧から正電圧となるように上昇しなかった場合に、前記水素の供給不良によって前記燃料電池セルの発電能力が低下していると判断する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
複数の燃料電池セルを積層した構成を有し、前記複数の燃料電池セルのそれぞれにセル電圧モニター端子を備えており、
前記発電能力検知部は、少なくとも一つの前記燃料電池セルの前記セル電圧が負電圧となった際に、前記発電能力の低下を検知する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記発電能力検知部が水素の供給不良を検知した場合であって、かつ、前記燃料電池の温度が所定の温度以下である場合または水素の供給不良の継続時間が所定の時間以下である場合には、
前記制御部は、前記（ｉ）のうち、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断して、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給することを省略する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と蓄電部とを有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池から負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記燃料電池の発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池（以下、単に「ＦＣ」と略す場合もある）を利用した燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素（Ｈ２）の供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって発電する装置である。この燃料電池は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ触媒電極層を接合した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を有しており、膜電極接合体の両側に、それぞれガス拡散層およびガス流路部を配置し、セパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）を、複数積層して構成される。なお、ガス流路部は、セパレータの一部として構成される場合もある。
【０００３】
このような燃料電池では、発電動作中に燃料ガスとしての水素（Ｈ２）の供給不良、いわゆる水素欠（Ｈ２欠）が発生した状態で、発電を継続した場合には、著しい発電性能の低下が発生するという問題がある。水素が潤沢にセル内に送られている場合には、水素（Ｈ２）が、アノード（「Ａｎ」と略す場合もある）側の触媒により酸化されてプロトン（Ｈ＋）が生成され、電解質膜を介してカソード側に供給される。一方、水素が供給不良の状態では、Ｈ２の酸化によるＨ＋の生成がなされないため、これを補償する動作として、Ａｎ側の触媒電極層を構成するカーボンの酸化（腐食）、さらには、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）の酸化も進行する。白金酸化物はＨ２の酸化に不活性となるため、水素の供給が潤沢に戻ってもＨ＋の生成が十分に行なわれず、カーボンの酸化がさらに進行する結果となり、内部抵抗の増加を招き、上記したように、発電性能の著しい低下を招くことになる。
【０００４】
ところで、特許文献１には、燃料電池システムにおいて燃料電池による発電の停止中に、負荷に対してバッテリーの電力を供給する燃料電池システムが開示されている。このシステムによれば、燃料電池の発電が停止しても、バッテリーから電力が供給されるので、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下は防止される。しかしながら、特許文献１の燃料電池システムは、発電動作中に発生した水素欠によって発生する発電性能の低下については全く考慮しておらず、システム起動時における水素欠の状態で発生する異常電位に対する制御の技術が開示されているのみである。すなわち、特許文献１では、上記したような、発電動作中の水素供給不良（水素欠）によって発生する発電性能の著しい低下については全く考慮されていない。
【０００５】
また、特許文献２には、燃料電池システムの起動時に燃料極に供給するガス中の水素濃度が所定値より低い場合には、燃料電池と負荷とを電気的に切断し、水素濃度が所定値より高くなると燃料電池と負荷を電気的に接続する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２には、燃料電池と負荷とを電気的に切断した際に、負荷への電力の供給に関して全く考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４２４０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素の供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させて燃料電池から電力を供給することが可能な技術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】
【０００８】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
負荷装置へ電力を供給する燃料電池システムであって、
アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に挟持された電解質膜を含む燃料電池セルを備える燃料電池と、
前記燃料電池に対して燃料ガスとして水素を供給する燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に対して酸化ガスとしての酸素を供給する酸化ガス供給系と、
前記燃料電池の前記負荷装置への電気的な接続および遮断のための電気的スイッチと、
電力の充電が可能な蓄電部と、
前記燃料ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記電気的スイッチ、および、前記蓄電部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記アノード側触媒電極層への水素の供給不良によって発生する前記燃料電池セルの発電能力の低下を検知する発電能力検知部を含み、
前記燃料電池から前記負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記発電能力検知部が発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記発電能力検知部によって前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記燃料電池システムによれば、燃料電池への水素の供給不良によって発生する燃料電池セルの発電能力の低下を検知した場合に、負荷装置への電力の供給を、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断して、蓄電部から負荷装置へ電力を供給することができる。これにより、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下を抑制することができる。また、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断することにより、水素の供給不良によってアノード側触媒電極層において酸化されて不活性化してしまった触媒の活性化を回復させることができるので、水素の供給不良により低下した燃料電池の発電能力を回復させることができ、発電能力の回復した燃料電池から負荷装置への電力の供給を再開させることができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、セル電圧モニター端子を備えており、
前記制御部は、前記セル電圧モニター端子に発生する電位に基づいて、前記燃料電池セルのアノード側とカソード側との間に発生するセル電圧が負電圧となった際に、前記酸化ガス供給系を制御して酸素供給量を増加させ、
前記発電能力検知部は、前記セル電圧が負電圧から正電圧となるように上昇しなかった場合に、前記水素の供給不良によって前記燃料電池セルの発電能力が低下していると判断する
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記のように酸素供給量に関係なくセル電圧が負電圧であることを検知することにより、容易に、発電能力の低下が水素の供給量不足によることを検知することが可能である。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
複数の燃料電池セルを積層した構成を有し、前記複数の燃料電池セルのそれぞれにセル電圧モニター端子を備えており、
前記発電能力検知部は、少なくとも一つの前記燃料電池セルの前記セル電圧が負電圧となった際に、前記発電能力の低下を検知する
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池においても、容易に、発電能力の低下が水素の供給量不足によることを検知することが可能である。
【００１２】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記発電能力検知部が水素の供給不良を検知した場合であって、かつ、前記燃料電池の温度が所定の温度以下である場合または水素の供給不良の継続時間が所定の時間以下である場合には、
前記制御部は、前記（ｉ）のうち、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断して、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給することを省略する
ことを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池の温度が所定の温度以下である場合または水素の供給不良の継続時間が所定の時間以下である場合には、燃料電池による発電を停止しなくても、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させた水素供給を行うことにより、燃料電池の発電能力を回復させることができる。
【００１３】
［適用例５］
燃料電池と蓄電部とを有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池から負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記燃料電池の発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
上記燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池への水素の供給不良によって発生する燃料電池セルの発電能力の低下を検知した場合に、負荷装置への電力の供給を、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断して、蓄電部から負荷装置へ電力を供給することができる。これにより、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下を抑制することができる。また、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断することにより、水素の供給不良によってアノード側触媒電極層において酸化されて不活性化してしまった触媒の活性化を回復させることができるので、水素の供給不良により低下した燃料電池の発電能力を回復させることができ、発電能力の回復した燃料電池から負荷装置への電力の供給を再開させることができる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムや燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池システムの発電制御について示すフローチャートである。
【図３】発電制御の状態を示すタイムチャートである。
【図４】燃料電池システムの第２実施例としての発電制御について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】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成例：
図１は、第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化ガス供給系３００と、燃料電池冷却系４００と、負荷装置５００と、電源切換スイッチ６００と、バッテリー７００およびバッテリーコントローラ８００と、システムコントローラ９００と、を備えている。
【００１７】
燃料電池１００は、電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。この燃料電池１００としては、固体高分子電解質膜等の種々の電解質膜を用いた燃料電池セルで構成される燃料電池が対象となる。なお、本例では、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池を適用するものとする。また、触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン層で構成される。また、燃料電池１００は、複数の燃料電池セル１１０を積層したスタック構造を有するものとする。なお、燃料電池１００の各燃料電池セル１１０には、それぞれセル電圧モニター１２０が取り付けられている。各セル電圧モニター端子１２０は、それぞれの燃料電池セル１１０の電位を検出する。セル電圧モニター端子１２０は、通常、燃料電池セル１１０の隣接する燃料電池セルとの間に設けられるセパレータに取り付けられる（不図示）。各セル電圧モニター端子１２０の出力は、システムコントローラ９００に接続される。
【００１８】
燃料ガス供給系２００は、水素タンク２１０と、流量調整部２２０と、加湿調整部２３０、切換バルブ２４０と、循環コンプレッサ２５０と、を備える。この燃料ガス供給系２００は、燃料電池１００を構成する各燃料電池セル１１０のアノード側触媒電極層（以下、単に「燃料電池１００のアノード」とも略す）に、水素タンク２１０から、配管２６０ａ、流量調整部２２０、配管２６０ｂ、加湿調整部２３０、および、配管２６０ｃを介して、燃料ガスである水素を供給する。この際、流量調整部２２０は、システムコントローラ９００からの指示に従った流量および圧力で水素を燃料電池１００のアノードへ供給する。また、加湿調整部２３０は、燃料電池１００のアノードへ供給する水素の湿度が、システムコントローラ９００からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。なお、水素タンク２１０としては、例えば、高圧水素が貯蔵された水素タンクと圧力調整弁を用いて構成することができる。
【００１９】
また、燃料ガス供給系２００は、切換バルブ２４０を開くことにより、燃料電池１００のアノードで使用されなかった水素を配管２６０ｄ、切換バルブ２４０、および、配管２６０ｅを介して、後述するカソードからの排出ガスとともに、後述する排気口３９０から排出する。
【００２０】
さらにまた、燃料ガス供給系２００は、切換バルブ２４０を閉じることにより、燃料電池１００のアノードで使用されなかった水素を、配管２６０ｆ、循環コンプレッサ２５０、および、配管２６０ｇを介して配管２６０ｂに戻し、循環させて、再び燃料ガスとして利用する。循環コンプレッサ２５０は、システムコントローラ９００からの指示に従って、水素の循環量および圧力を調整する。
【００２１】
なお、配管２６０ｃには、水素圧力計２７０が接続されており、燃料電池１００のアノードに供給される水素の圧力Ｐａを計測することができる。水素圧力計２７０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。また、配管２６０ｄには、水素濃度計２８０が接続されており、燃料電池１００のアノードから排出されるガスの水素濃度Ｈｄを計測することができる。水素濃度計２８０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。
【００２２】
酸化ガス供給系３００は、吸気口３１０と、コンプレッサ３２０と、加湿調整部３３０と、空気調圧バルブ３４０と、排気口３９０とを備える。この酸化ガス供給系３００は、燃料電池１００を構成する各燃料電池セル１１０のカソード側触媒電極層（以下、「燃料電池１００のカソード」とも略す）に、吸気口３１０、配管３５０ａ、コンプレッサ３２０、配管３５０ｂ、加湿調整部３３０、および、配管３５０ｃを介して、酸化ガスである酸素を含む空気を供給する。この際、コンプレッサ３２０は、吸気口３１０から取り込む空気をシステムコントローラ９００からの指示に従った圧力で加湿調整部３３０へ向けて送り出す。また、加湿調整部２３０は、燃料電池１００のカソードへ供給する空気の湿度が、システムコントローラ９００からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。
【００２３】
また、酸化ガス供給系３００は、燃料電池１００から排出された電気化学反応に使用された酸素分だけ濃度の薄くなった排気ガスを、配管３５０ｄ、空気調圧バルブ３４０、および、配管３５０ｅを介して排気口３９０から排出する。なお、空気調圧バルブ３４０は、システムコントローラ９００からの指示に従って、その開閉状態を調整することにより、コンプレッサ３２０から送り出されて燃料電池１００のカソード中を流れる空気の圧力および流量を調整する。また、配管３５０ｃには、空気圧力計３６０が接続されており、燃料電池１００のカソードへ供給される空気の圧力Ｐｃを計測することができる。空気圧力計３６０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。
【００２４】
燃料電池冷却系４００は、冷却装置４１０と、冷媒温度計４２０と、を備える。冷却装置４１０は、２つの配管４３０ａ，４３０ｂを介して燃料電池１００に接続されており、配管４３０ａを介して冷却媒体を供給し、配管４３０ｂを介して、冷却に供された後の冷却媒体を受け取ることにより、冷却媒体を循環させて、燃料電池１００の冷却を実行する。冷却媒体としては、水、空気等を用いることができる。冷媒温度計４２０は、燃料電池１００に流入する冷却前冷却媒体温度Ｔｂおよび燃料電池１００から流出する冷却後冷却媒体温度Ｔａを測ることができる。冷媒温度計４２０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。そして、システムコントローラ９００では、これら２つの温度Ｔａ，Ｔｂから燃料電池１００の内部温度を推定することができる。
【００２５】
燃料電池１００の両端のエンドプレート１３０と、燃料電池セル１１０との間には、負極側のターミナル１４０（−）と正極側のターミナル１４０（＋）が設けられている。負荷装置５００の負極側端子５１０（−）は、電源切換スイッチ６００を介して燃料電池１００の負極側のターミナル１４０（−）に接続されるとともに、正極側端子５１０（＋）は、燃料電池１００の正極側のターミナル１４０（＋）に接続されている。また、負荷装置５００の負極側端子５１０（−）は、バッテリー７００の負極側端子７１０（−）に接続され、正極側端子５１０（＋）は、バッテリーコントローラ８００を介してバッテリー７００の正極側端子７１０（＋）に接続されている。従って、電源切換スイッチ６００がオフ（開）の場合には、負荷装置５００には、バッテリー７００がバッテリーコントローラ８００を介して接続されることになる。この際には、バッテリーコントローラ８００は、システムコントローラ９００からの指示に従って、バッテリー７００に蓄えられている電力を負荷装置５００へ出力するように動作する。一方、電源切換スイッチ６００がオン（閉）の場合には、燃料電池１００が負荷装置５００に接続されることになる。この際には、バッテリーコントローラ８００は、システムコントローラ９００からの指示に従って、燃料電池１００から出力される電力をバッテリー７００に蓄積するように動作する。すなわち、バッテリー７００には蓄電池が用いられる。なお、この電源切換スイッチ６００が本発明の電気的スイッチに相当する。また、バッテリー７００が本発明の蓄電部に相当し、バッテリーコントローラ８００は本発明の制御部に含まれる。
【００２６】
システムコントローラ９００は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を有する１以上のマイクロコンピュータで構成されている。そして、上記したように、燃料電池システム１０の各構成要素から受け取る情報に基づいて、各構成要素の動作を制御することにより、システム全体の動作を制御する。
【００２７】
上記構成の燃料電池システム１０は、以下で説明するように、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素に供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させて燃料電池からの電力の供給を再開するように制御される。
【００２８】
Ａ２．燃料電池システムの発電制御：
図２は、燃料電池システム１０の発電制御について示すフローチャートである。また、図３は、発電制御の状態を示すタイムチャートである。
【００２９】
まず、燃料電池システム１０が起動されると、システムコントローラ９００は、種々のイニシャライズ処理の後、要求される負荷装置５００の負荷量に応じた燃料電池１００の発電制御を開始する（ステップＳ１１０）。そして、各燃料電池セル１１０のセル電圧Ｖｃｅｌのうち負電圧（Ｖｃｅｌ＜０）となっているセル電圧があるか否か、セル電圧モニター端子１２０から受け取った各燃料電池セル１１０の電位に基づいて判断する（ステップＳ１２０）。いずれのセル電圧Ｖｃｅｌも負電圧でない場合には、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。
【００３０】
ステップＳ１２０の判断において、各燃料電池セル１１０のセル電圧Ｖｃｅｌのうちいずれかが負電圧（Ｖｃｅｌ＜０）となった場合には、酸化ガス供給系３００のコンプレッサ３２０、空気調圧バルブ３４０等の動作を制御して、燃料電池１００に供給する空気（Ａｉｒ）の流量を増加させるように制御する（ステップＳ１３０）。そして、負電圧であったセル電圧が正電圧に上昇するか否か判断する（ステップＳ１４０）。セル電圧が正電圧に上昇した場合には、水素の供給不良ではないので、そのまま、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。
【００３１】
ステップＳ１４０の判断において、負電圧の上昇が無いと判断された場合には、水素の供給不良（Ｈ２欠）と判定し、酸化ガス供給系３００の動作を制御して、増加していた空気の流量制御を解除し、もとの制御に戻す（ステップＳ１５０）。なお、図３のタイミングＴ１以降の状態が水素の供給不良の状態を示している。この場合、アノード側触媒電極層の水素基準電位（以下、単に「アノード（Ａｎ）電位［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］」と呼ぶ）は、通常、ほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］であるのに対して、図３に示すように、高電位になる。
【００３２】
上記のように、水素供給不良が発生した場合には、次に、燃料ガス供給系２００の流量調整部２２０や、循環コンプレッサ２５０、切換バルブ２４０の動作を制御して、燃料電池１００に供給する水素の圧力および流量を増加させて、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行する(ステップＳ１６０)。これにより、図３のタイミングＴ２以降に示すように、Ａｎ電位は若干低くなるが、通常状態であるほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］までは低くならず、燃料電池１００の内部抵抗（ＩＲ抵抗）も低くならないため、セル電圧も正電圧に戻らない。これは、従来例でも説明したように、アノード側触媒電極層のカーボンや触媒の酸化が発生し、触媒が不活性化されてしまうことに起因する。
【００３３】
そこで、次に、図３のタイミングＴ３に示すように、電源切換スイッチ６００を制御して、負荷装置５００の接続を燃料電池１００からバッテリー７００に切り換える。すなわち、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時的に遮断するとともに、バッテリーコントローラ８００を制御してバッテリー７００から負荷装置５００に電力を供給する（ステップＳ１７０）。そして、負電圧であったセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）に戻ったか否か判断する（ステップＳ１８０）。図３のタイミングＴ３〜Ｔ４に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧のままである場合には、正電圧となるまで、ステップＳ１６０およびステップＳ１７０の動作を繰り返す。このとき、負荷装置５００から切り離された燃料電池１００は非発電状態であり、アノード側触媒電極層は再供給された潤沢な水素に曝されることになる。この結果、不活性化していた触媒が活性化状態にもどり、Ａｎ電位がほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］に戻って、セル電圧Ｖｃｅｌも正電圧に上昇することになる。
【００３４】
そして、図３のタイミングＴ４に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌが正電圧となった場合には、水素の供給不良（Ｈ２欠）が解消したと判定して、電源切換スイッチ６００を制御して負荷装置５００の接続を燃料電池１００に戻し、すなわち、燃料電池１００の負荷装置５００への接続の遮断を解除して、燃料電池１００からの電力の供給を再開する（ステップＳ１９０）。そして、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。
【００３５】
以上説明した燃料電池システム１０の制御では、水素の供給不良（Ｈ２欠）を検知した場合には、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行し、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時遮断して燃料電池１００の発電を停止するとともに、負荷装置５００にはバッテリー７００から電力を供給することができる。これにより、燃料電池１００の発電能力が低下しても、バッテリー７００から負荷装置に電力を供給することができるので、燃料電池システム１０からの負荷装置５００への電力供給を停止させてしまうことを防止することができる。
【００３６】
そして、水素の供給不良となっていた燃料電池セルのセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）となるのを待って、再び、燃料電池１００を負荷装置５００に接続して、燃料電池１００の発電を再開することにより、燃料電池１００から負荷装置５００への電力供給を再開することができる。このように、燃料電池１００から負荷装置５００を一旦切り離して、燃料電池１００の発電を一時停止することにより、アノード側触媒電極層を構成するカーボンに担持された触媒を、不活性化態から活性化状態に復活させることができる。また、カーボンの酸化による影響が小さくなる電位までＡｎ電位を下げることができ、アノード側触媒電極層のカーボン酸化を抑制できるので、アノード側触媒電極層の劣化を抑制することができる。これにより、バッテリー７００により負荷装置に電力を供給している間に、燃料電池１００の発電能力を回復させることが可能である。
【００３７】
また、水素の供給不良となった場合に、まず、水素の供給不良を解消させてから、燃料電池１００の負荷装置５００への接続の一時遮断を行なって、燃料電池１００の発電を停止させているので、発電停止時に、従来発生していたカソード側触媒電極層のカーボン酸化によって発生する異常電位を回避することもでき、カソード側触媒電極層の劣化を抑制することもできる。
【００３８】
Ｂ．第２実施例：
図４は、燃料電池システムの第２実施例としての発電制御について示すフローチャートである。なお、第２実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１０のシステムコントローラ９００で実施される発電制御フローの一部が以下で説明するように異なる点を除いて全く同じであるので、その図示および説明を省略する。
【００３９】
第２実施例としての発電制御は、図２に示した第１実施例の発電制御において、ステップＳ１５０とステップＳ１６０との間に、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間であるか否か判断するステップＳ１５２が設けられている点、さらに、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合には、ステップＳ１６０〜ステップＳ１９０ではなく、ステップＳ１６０およびステップＳ１８０と同じ処理のステップＳ１５４およびステップＳ１５６が実行される点が異なっている。なお、燃料電池１００が低温でない場合や水素供給不良の継続時間が短時間でない場合には、図２に示した第１実施例のステップＳ１６０からステップＳ１９０が実行される。
【００４０】
ステップＳ１５０で、水素の供給不良（Ｈ２欠）と判定し、酸化ガス供給系３００の動作を制御して、増加していた空気の流量制御を解除し、もとの制御に戻した後、ステップＳ１５２では、燃料電池１００が低温または水素供給不良の発生時間が短時間であるか否か判断する。なお、低温の範囲や、短時間の範囲は、あらかじめ各燃料電池で実験的に調べて設定される。また、燃料電池１００の温度は、システムコントローラ９００において、冷媒温度計４２０で計測される冷媒温度Ｔａ，Ｔｂに基づいて推定される。水素の供給不良の継続時間は、システムコントローラ９００において、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧となっている時間を計測することにより求められる。
【００４１】
燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合には、ステップＳ１６０（図１）と同様に、燃料ガス供給系２００の流量調整部２２０や、循環コンプレッサ２５０、切換バルブ２４０の動作を制御して、燃料電池１００に供給する水素の圧力および流量を増加させて、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行する（ステップＳ１５４）。そして、ステップＳ１８０（図１）と同様に、負電圧であったセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）となったか否か判断する（ステップＳ１５６）。このとき、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧である場合には、正電圧となるまで、ステップＳ１５４の動作を繰り返す。セル電圧Ｖｃｅｌが正電圧となった場合には、さらに、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。
【００４２】
本実施例の制御のように、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合に、燃料電池１００の発電停止および負荷装置５００のバッテリー７００への接続が省略される理由は以下の通りである。すなわち、燃料電池１００が低温、例えば、氷点下の場合には、触媒の酸化反応速度が非常に遅いため、仮に水素供給不良となっても、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行するだけで、Ａｎ電位は０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］まで低下し、セル電圧も正電圧に復帰することが可能であるからである。同様に、水素供給不足の継続時間が短時間の場合には、触媒酸化形成量が少ないため、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行するだけで、Ａｎ電位は０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］まで低下し、セル電圧も正電圧に復帰することが可能であるからである。
【００４３】
本実施例においても、低温で無い場合や水素供給不良の継続時間が短時間でない場合には、第１実施例と同様に、水素の供給不良（Ｈ２欠）を検知した場合には、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行し、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時遮断して燃料電池１００の発電を停止するとともに、負荷装置５００にはバッテリー７００から電力を供給することができる。これにより、燃料電池１００の発電能力が低下しても、バッテリー７００から負荷装置に電力を供給することができるので、燃料電池システム１０からの負荷装置５００への電力供給を停止させてしまうことを防止することができる。
【００４４】
そして、水素の供給不良となっていた燃料電池セルのセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）となるのを待って、再び、燃料電池１００を負荷装置５００に接続して、燃料電池１００の発電を再開することにより、燃料電池１００から負荷装置５００への電力供給を再開することができる。このように、燃料電池１００から負荷装置５００を一旦切り離して、燃料電池１００の発電を一時停止することにより、アノード側触媒電極層を構成するカーボンに担持された触媒を、不活性化態から活性化状態に復活させることができる。また、カーボンの酸化による影響が小さくなる電位までＡｎ電位を下げることができ、アノード側触媒電極層のカーボン酸化を抑制できるので、アノード側触媒電極層の劣化を抑制することができる。これにより、バッテリー７００により負荷装置に電力を供給している間に、燃料電池１００の発電能力を回復させることが可能である。
【００４５】
また、水素の供給不良となった場合に、まず、水素の供給不良を解消させてから、燃料電池１００の負荷装置５００への接続の一時遮断を行なって、燃料電池１００の発電を停止させているので、発電停止時に、従来発生していたカソード側触媒電極層のカーボン酸化によって発生する異常電位を回避することもでき、カソード側触媒電極層の劣化を抑制することもできる。
【００４６】
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態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る。
【００４７】
上記実施例においては、燃料電池１００の発電能力が回復した場合には、負荷装置への電力の供給をバッテリー７００から燃料電池１００へ切り換えることを例に説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、一定時間、燃料電池１００とバッテリー７００の両方から負荷装置５００に電力が供給されるようにしてもよい。
【００４８】
上記実施例では、燃料電池１００の初遺伝能力が低下した場合に、電力を供給するバッテリー７００として充電が可能な蓄電池（２次電池）を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、大容量のキャバシタを用いてもよい。すなわち、電力の充電および供給が可能な蓄電部であればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…燃料電池セル
１２０…セル電圧モニター端子
１３０…エンドプレート
１４０（＋）…正極側のターミナル
１４０（−）…負極側のターミナル
２００…燃料ガス供給系
２１０…水素タンク
２２０…流量調整部
２３０…加湿調整部
２４０…切換バルブ
２５０…循環コンプレッサ
２６０ａ〜２６０ｇ…配管
２７０…水素圧力計
２８０…水素濃度計
３００…酸化ガス供給系
３１０…吸気口
３２０…コンプレッサ
３３０…加湿調整部
３４０…空気調圧バルブ
３５０ａ〜３５０ｅ…配管
３６０…空気圧力計
３９０…排気口
４００…燃料電池冷却系
４１０…冷却装置
４２０…冷媒温度計
４３０ａ，４３０ｂ…配管
５００…負荷装置
５１０（＋）…正極側端子
５１０（−）…負極側端子
６００…電源切換スイッチ
７００…バッテリー
７１０（＋）…正極側端子
７１０（−）…負極側端子
８００…バッテリーコントローラ
９００…システムコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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