【手続補正書】
【提出日】平成27年10月22日(2015.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜と、複数の細孔を有し前記電解質膜に接して配置されたカソード側触媒層及びアノード側触媒層と、の組合せを少なくとも１つ有する燃料電池と、
外部負荷の要求に応じて定められる出力電流によって前記燃料電池を運転する制御部と、
を備え、
さらに、前記燃料電池の出力電流を取得する出力電流取得部を備えると共に、
前記制御部は、
所定のタイミングで前記取得した第１の出力電流にて前記燃料電池が発電を継続した場合に前記アノード側触媒層へ流入するアノード流入水量が所定のアノード側許容水量を超えると判断したとき、前記燃料電池を、前記外部負荷の要求に関わらず、前記第１の出力電流より高い第２の出力電流で運転する電流制限制御を行う、
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、
さらに、前記燃料電池の温度を取得する温度取得部を備え、
前記制御部は、
前記出力電流に基づく前記電流制限制御を、前記取得した温度が所定の温度よりも低い場合に行う、
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、
前記制御部は、
前記燃料電池の温度に対応して設定された所定の期間内のアノード流入水量を用いて、前記アノード流入水量が前記所定のアノード側許容水量を超えるか否かを判断する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池が所定の出力電流で発電を継続した場合に、前記アノード流入水量が前記所定のアノード側許容水量になるまでの時間をアノード側許容時間とし、前記所定の出力電流と前記アノード側許容時間との関係を示すアノード側許容時間テーブルを備え、
前記アノード側許容時間と前記所定の期間とが同一になる前記所定の出力電流値を前記第２の出力電流の下限として設定する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記所定の温度は、氷点である、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記所定の期間は、前記燃料電池の温度が氷点以上になるまでの期間である、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記電流制限制御において、さらに、前記第１の出力電流にて、前記燃料電池が発電を継続した場合に前記カソード側触媒層へ流入するカソード流入水量が所定のカソード側許容水量を超えると判断したとき、前記燃料電池を、前記外部負荷の要求に関わらず、前記第１の出力電流より低い第３の出力電流で運転する、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池の温度に対応して設定された所定の期間内のカソード流入水量を用いて、前記カソード流入水量が前記所定のカソード側許容水量を超えるか否かを判断する、燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池が所定の出力電流で発電を継続した場合に、前記カソード流入水量が前記所定のカソード側許容水量になるまでの時間をカソード側許容時間とし、前記所定の出力電流と前記カソード側許容時間との関係を示すカソード側許容時間テーブルを備え、
前記カソード側許容時間と前記所定の期間とが同一になる前記所定の出力電流値を前記第３の出力電流の上限として設定する、燃料電池システム。
【請求項１０】
電解質膜と、複数の細孔を有し前記電解質膜に接して配置されたカソード側触媒層及びアノード側触媒層と、の組合せを少なくとも１つ有する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池の出力電流を取得する工程と、
（ｂ）前記取得された出力電流にて、前記燃料電池が発電を継続した場合に前記アノード側触媒層へ流入するアノード流入水量が所定のアノード側許容水量を超えるか否かを判断する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）において、前記取得された出力電流にて、前記燃料電池が発電を継続した場合に前記アノード側触媒層へ流入するアノード流入水量が所定のアノード側許容水量を超えると判断したとき、前記燃料電池を、前記外部負荷の要求に関わらず、前記取得された出力電流より高い出力電流で運転する工程と、
を備える、燃料電池システム制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池が所定の出力電流で発電を継続した場合に、前記アノード流入量が前記所定のアノード側許容水量になるまでの時間をアノード側許容時間とし、前記所定の出力電流と前記アノード側許容時間との関係を示すアノード側許容時間テーブルを備え、前記アノード側許容時間と前記所定の期間とが同一になる前記所定の出力電流値を前記第２の出力電流の下限として設定してもよい。このようにすると、出力電流に応じて、適切に電流制限制御を行うことができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（９）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池が所定の出力電流で発電を継続した場合に、前記カソード流入水量が前記所定のカソード側許容水量になるまでの時間をカソード側許容時間とし、前記所定の出力電流と前記カソード側許容時間との関係を示すカソード側許容時間テーブルを備え、前記カソード側許容時間と前記所定の期間とが同一になる前記所定の出力電流値を前記第３の出力電流の上限として設定してもよい。このようにすると、出力電流に応じて、適切に電流制限制御を行うことができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図５に示すように、制御部２０は、ステップＳ１６において算出した氷点突破時間が、カソード側許容時間（ステップＳ１２で設定した目標電流密度における）以内か否かを判定する（ステップＳ１８）。制御部２０は、ステップＳ１８において、氷点突破時間が、カソード側許容時間以内と判定すると、ステップＳ１２で設定した目標電流密度で出力するように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＳ２０）。一方、制御部２０は、氷点突破時間が、カソード側許容時間よりも長いと判定すると（ステップＳ１８においてＮＯ）、許容時間テーブルに基づいて、目標電流密度を低下させ、ステップＳ１７で設定した上限値に設定する。すなわち、制御部２０は、目標電流密度を、要求電力にかかわらず、再設定する（ステップＳ２４）。制御部２０は、再設定された目標電流密度で出力するように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＳ２０）。本実施形態において、ステップＳ２４では、目標電流密度をステップＳ１７で設定した上限値に設定しているが、これに限定されない。例えば、目標電流密度を再設定する場合の下げ幅ΔＩを予め設定しておき、目標電流密度が、ステップＳ１７で設定した上限値よりも低い値になるまで、繰り返し再設定を行って、上限値よりも低い値に再設定する構成にしてもよい。また、目標電流密度の上下限値を設定する際に（ステップＳ１７）、上下限値の値に基づいて、例えば、上下限値の中間値、上限値から所定の値を引いた値等、適宜、設定してもよい。また、本実施形態では、ステップＳ１８において、氷点突破時間がカソード側許容時間以内か否かのみを判定しているが、カソード側とアノード側の両方の許容時間以内か否かを判定してもよい。通常、ステップＳ１２で設定される目標電流密度は、目標電流密度の上限値よりも高いため、カソード側許容時間以内であれば、アノード側許容時間以内になるため、カソード側許容時間以内か否かを判定すればよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
ステップＳ２２において、電流密度が低下したと判定すると、制御部２０は、許容時間テーブル２４を参照して、氷点突破時間が、アノード側許容時間（低下した電流密度における）以内か否かを判定する（ステップＳ２６）。電流密度が低い場合には、逆拡散水が増加するため、アノード側触媒層１３ａに流入する水の量が増加し、許容時間が短くなるからである。ステップＳ２６において、氷点突破時間がアノード側許容時間以内と判定した場合、制御部２０はステップＳ３０に進む。ステップＳ２６において、氷点突破時間がアノード側許容時間より長いと判定した場合（ステップＳ２６においてＮＯ）、制御部２０は、許容時間テーブル２４に基づいて、目標電流密度を上げて、ステップＳ１７で設定した下限値に設定し（目標電流密度を再設定）、再設定した目標電流密度になるように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＳ２８）。制御部２０は、燃料電池スタック１１０の温度が氷点突破したら、電流制限処理を終了し、通常の、要求電力に基づく燃料電池スタック１１０の運転制御を行う。本実施形態において、ステップＳ２８では、目標電流密度をステップＳ１７で設定した下限値に設定しているが、これに限定されない。例えば、ステップＳ１７で設定した上限値に設定してもよい。このようにすると、アノード側触媒層１３ａへの流入水量を調整しつつ、比較的大きな出力電流を得ることができる。また、ステップＳ２４の場合と同様に、上げ幅を設定したり、ステップＳ１７において、設定してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
なお、ステップＳ１８にて、氷点突破時間がアノード側許容時間以内か否についても判定した場合も、ステップＳ２６において、再度、氷点突破時間がアノード側許容時間以内か否について判定するのが好ましい。電極触媒層への流入水の凍結等により発電面積が小さくなり、目標電流密度よりも出力電流密度が低くなった場合、ステップＳ１８においてアノード側許容時間以内であっても、低下した出力電流密度における許容時間以内ではなくなる可能性があるからである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
続いて、制御部２０は、許容時間テーブルと水詰まり時間マップとに基づいて、水詰まり時間が、カソード側許容時間（ステップＴ１２で設定した目標電流密度における）以内か否かを判定する（ステップＴ１８）。制御部２０は、ステップＴ１８において、水詰まり時間がカソード側許容時間以内と判定すると、ステップＴ１２で設定した目標電流密度で出力するように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＴ２０）。一方、制御部２０は、水詰まり時間がカソード側許容時間よりも長いと判定すると（ステップＴ１８においてＮＯ）、許容時間テーブルに基づいて、目標電流密度を低下させ、ステップＴ１７で設定した上限値に設定する。すなわち、制御部２０は、目標電流密度を、要求電力にかかわらず、再設定する（ステップＴ２４）。制御部２０は、再設定された目標電流密度で出力するように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＴ２０）。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ステップＴ２２において、電流密度が低下したと判定すると、制御部２０は、許容時間テーブルと水詰まりマップとを参照して、水詰まり時間が、アノード側許容時間（低下した電流密度における）以内か否かを判定する（ステップＴ２６）。ステップＴ２６において、水詰まり時間がアノード側許容時間以内と判定した場合、制御部２０はステップＴ３０に進む。ステップＴ２６において、水詰まり時間がアノード側許容時間より長いと判定した場合（ステップＴ２６においてＮＯ）、制御部２０は、許容時間テーブル２４に基づいて、目標電流密度を上げて、ステップＴ１７で設定した下限値に設定し（目標電流密度を再設定）、再設定した目標電流密度になるように、燃料電池スタック１１０の運転を制御する（ステップＴ２８）。制御部２０は、所定の時間を経過したら（ステップＴ３０においてＹＥＳ）、電流制限処理を終了し、通常の、要求電力に基づく燃料電池スタック１１０の運転制御を行う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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