(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させる電圧上昇部と、
前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる電圧降下部と
を備え、
前記電圧降下部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合、前記電圧上昇部による電圧上昇の前に、前記電圧降下を実行し、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に実行される電圧降下の後に、前記電圧上昇を実行し、
前記電圧降下部は、前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記電圧降下を実行する
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であって、
前記電圧上昇部による電圧上昇時における前記要求電力に対する発電量の不足分と、前記電圧降下部による電圧降下時における前記要求電力に対する発電量の余剰分との差が所定範囲内である
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電性能が低下したことを推定した場合に、前記電圧上昇部を動作させる性能低下推定部
を備え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であって、
前記性能低下推定部は、基準よりも発電性能が低いことを検出した場合に、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、被毒物質が通常よりも多く大気に含まれることが推定される場合、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３から請求項５の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、前記電圧上昇部が前回に動作した時点から所定時間が経過した場合に、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項３から請求項６の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、発電性能の低下の度合いを推定し、
前記電圧上昇部は、前記推定された発電性能の低下の度合いが大きいほど、電圧を上昇させる時間を長くする
燃料電池システム。
【請求項８】
二次電池を備える請求項１から請求項７の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記二次電池による電力供給を加えることによって前記要求電力を賄うことができる場合に、前記電圧上昇を実行する
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に、前記電圧上昇を実行する
燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも低い値に降下させ、
その後、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも高い値に上昇させ、
その後、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる
燃料電池の触媒性能回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池に用いられるカソード側の白金触媒に生じた酸化皮膜を除去するために、燃料ガスの供給圧力を高くすることで、燃料ガスを還元剤としてアノードからカソードにリークさせる技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５７６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術には、酸化皮膜の除去が不十分であるために、触媒の性能の回復が不十分であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
適用例１：触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させる電圧上昇部と、
前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる電圧降下部とを備えることを要旨とする。
【０００７】
この適用例によれば、触媒の性能を効率的に回復させることができる。燃料電池の電圧が、要求電圧よりも高い値に上昇することによって、カソードの触媒に生じたアニオンが酸化される。続いて、燃料電池の電圧が、要求電圧よりも低い値に降下することによって、酸化したアニオンの吸着力が弱くなると共に、カソードの酸化皮膜が分解される。酸化したアニオンは、負荷運転時に燃料電池のカソードに供給される空気の流れによって、除去される。このように酸化皮膜と酸化したアニオンとが除去されることによって、カソードの触媒の性能が回復する。なお「燃料電池の電圧」とは、カソードとアノードとの電位差のことである。また、「要求電力」とは、供給を要求されている電力のことである。
【０００８】
適用例２：適用例１に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部による電圧上昇時における前記要求電力に対する発電量の不足分と、前記電圧降下部による電圧降下時における前記要求電力に対する発電量の余剰分との差が所定範囲内であることを要旨とする。
この適用例によれば、発電電力の平均を要求電力に近いものにすることができる。
【０００９】
適用例３：適用例１又は適用例２に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧降下部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合、前記電圧上昇部による電圧上昇の前に、前記電圧降下を実行し、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に実行される電圧降下の後に、前記電圧上昇を実行し、
前記電圧降下部は、前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記電圧降下を実行することを要旨とする。
【００１０】
この適用例によれば、触媒の性能を効率的に回復させつつ、燃料電池の性能劣化を抑制できる。燃料電池の温度が高い時は燃料電池が乾燥している傾向にあるので、水分生成量を増加させることによって、乾燥を抑制することが好ましい。この適用例によれば、燃料電池の温度が所定値以上の場合に、電圧上昇の前に、電圧降下を実行することによって、発電電力を増大させると共に、水分生成量を増加させる。これによって乾燥が抑制され、燃料電池の性能劣化を抑制できる。その後に、電圧上昇と電圧降下とを実行することによって、触媒の性能を回復させることができる。
【００１１】
適用例４：適用例１から適用例３の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電性能が低下したことを推定した場合に、前記電圧上昇部を動作させる性能低下推定部を備えることを要旨とする。
この適用例によれば、発電性能が低下した場合に、触媒の性能、ひいては発電性能を回復させることができる。
【００１２】
適用例５：適用例４に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、基準よりも発電性能が低いことを検出した場合に、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。
なお、この基準は、理論値や過去の発電電力に基づいて決定しても良いし、その他の方法で決定しても良い。
【００１３】
適用例６：適用例４又は適用例５に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、被毒物質が通常よりも多く大気に含まれることが推定される場合、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。
【００１４】
「被毒物質が通常よりも多く大気に含まれる」と推定する方法としては、例えば、被毒物質の発生源（例えば、温泉や火山）の付近に燃料電池システムが位置することや、ガスセンサーによる被毒物質の検出結果に基づく方法でも良いし、その他の方法でも良い。
【００１５】
適用例７：適用例４から適用例６の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、前記電圧上昇部が前回に動作した時点から所定時間が経過した場合に、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。
この適用例によれば、簡単な方法で、電圧上昇部の動作を制御できる。
【００１６】
適用例８：適用例４から適用例７の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、発電性能の低下の度合いを推定し、
前記電圧上昇部は、前記推定された発電性能の低下の度合いが大きいほど、電圧を上昇させる時間を長くする
燃料電池システム。
【００１７】
この適用例によれば、電圧を上昇させる時間を適切化できる。なお「時間を長くする」とは、単調増加であっても良い。つまり、発電性能の低下の度合いが大きくなっても時間を変化させない場合を含んでも良い。
【００１８】
適用例９：二次電池を備える適用例１から適用例８の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記二次電池による電力供給を加えることによって前記要求電力を賄うことができる場合に、前記電圧上昇を実行することを要旨とする。
【００１９】
燃料電池の電圧が負荷運転時よりも上昇すると、一般的には、発電電力が減少する。この適用例によれば、要求電力が賄えないのに、電圧上昇によって発電電力を低下させてしまうことを防止できる。
【００２０】
適用例１０：適用例１から適用例９の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に、前記電圧上昇を実行することを要旨とする。
【００２１】
この適用例によれば、燃料電池の性能劣化を抑制できる。燃料電池の電圧が負荷運転時よりも上昇すると発電電力が減少し、ひいては水分の生成量も減少する。燃料電池の温度が高い時は、燃料電池が乾燥する傾向にある。燃料電池が乾燥している時に水分の生成量が減少すると、更に乾燥が進み、燃料電池の性能劣化につながる。この適用例によれば、燃料電池の温度が所定値未満の場合に、電圧上昇を実行することによって、性能劣化につながる乾燥を抑制できる。なお、この適用例の所定温度は、適用例３における所定温度と同じでも異なっていても良い。
【００２２】
適用例１１：燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させ、
その後、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させることを要旨とする。
この適用例によれば、適用例１と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】燃料電池自動車２０の概略図。
【図２】負荷運転時電圧制御処理を示すフローチャート。
【図３】負荷運転時電圧制御処理の実行による各パラメーターの経時変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．ハードウェア構成：
図１は、燃料電池自動車２０の概略図である。図示するように、この燃料電池自動車２０は、車体２２に燃料電池システム３０及び燃料電池自動車２０の前輪駆動用のモーター１７０を搭載する。この燃料電池システム３０は、前輪駆動用のモーター１７０等に電力を供給するためのものであり、燃料電池１００、水素ガス供給系１２０、空気供給系１４０、冷却系１６０、二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を備える。
【００２５】
燃料電池１００は、電解質膜の両側に白金触媒を用いた両電極（アノード及びカソード）を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備えるセルを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷとの間において車体２２の床下に配置される。この燃料電池１００は、水素ガス供給系１２０から供給される水素と、空気供給系１４０から供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電し、その発電電力によってモーター１７０を駆動する。燃料電池１００の発電による電流は電流センサー１０２によって計測され、その計測結果は電流センサー１０２から後述する制御装置２００へ出力される。
【００２６】
水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０、水素供給経路１２１、供給用開閉バルブ１２４、減圧バルブ１２５及び水素供給機器１２６を備える。水素ガスタンク１１０は内部に水素ガスを貯蔵しており、水素供給経路１２１は水素ガスタンク１１０と燃料電池１００とをつなぐガス経路である。一方、水素供給機器１２６は、水素ガスタンク１１０内の水素ガスを水素供給経路１２１経由で燃料電池１００に供給する。また、供給用開閉バルブ１２４は、水素供給経路１２１を開閉する機能を持ち、減圧バルブ１２５は、水素供給経路１２１内を減圧する機能を持つ。
【００２７】
水素ガス供給系１２０は更に、水素ガス循環経路１２２、放出経路１２３、水素ガス循環ポンプ１２７及び水素ガス流量センサー１２８を備える。放出経路１２３は、燃料電池１００によって消費されなかった水素ガス（アノードオフガス）を、大気放出するための経路である。一方、水素ガス循環経路１２２は、アノードオフガスを水素供給経路１２１に戻して循環させるための経路であり、この循環は、水素ガス循環ポンプ１２７が実行する。水素ガス流量センサー１２８は、循環する水素ガスの流量を測定するセンサーであり、放出用開閉バルブ１２９は、水素ガス循環経路１２２と放出経路１２３との間の経路を開閉するバルブである。なお、放出経路１２３は、後述する空気供給系１４０においても、空気を放出する経路として用いられる。
【００２８】
水素ガス供給系１２０には更に、上記の水素ガスの経路に圧損センサー１９０が設けられている。圧損センサー１９０は、水素ガスについて、燃料電池１００に供給直前・直後の圧力差を、つまり燃料電池１００を通過することによって生じる圧力損失（アノード圧損）を測定するものである。
【００２９】
一方、空気供給系１４０は、コンプレッサー１３０、空気供給経路１４１、排出流量調整バルブ１４３、加湿装置１４５及び空気流量センサー１４７を備える。空気供給系１４０は、大気と燃料電池１００のカソードとをつなぐ経路であり、この経路は、コンプレッサー１３０が大気から取り込んだ空気を、空気供給経路１４１を通じて燃料電池１００に供給する。加湿装置１４５は、空気供給経路１４１上においてコンプレッサー１３０と燃料電池１００との間に配置されており、燃料電池１００に供給される空気を加湿する。一方、排出流量調整バルブ１４３は、水素ガス供給系１２０と放出経路１２３との間をつなぐ経路上に配置され、燃料電池１００によって消費されなかった空気（カソードオフガス）の排出圧力（カソード背圧）及び排出量を調整するバルブである。
【００３０】
上記の排出流量調整バルブ１４３から排出された空気は、加湿装置１４５を経て、先述した放出経路１２３に流入する。この加湿装置１４５は、気液分離機器として構成されている。つまり、加湿装置１４５は、カソードオフガスから水分を分離し、その分離した水分を空気供給経路１４１内の空気に混合するように、なおかつ、カソード背圧が高いほど分離・混合する水分量が多くなるように構成されている。よって、燃料電池１００に供給される空気の湿度調整は、排出流量調整バルブ１４３によるカソード背圧調整によって実現できる。
【００３１】
一方、冷却系１６０は、ラジエーター１５０、冷却水循環経路１６１、バイパス１６２、三方流量調整弁１６３、冷却水循環ポンプ１６４及び温度センサー１６６を備える。冷却水循環経路１６１は、燃料電池１００とラジエーター１５０との間で冷却水を循環させるための経路であり、この循環は冷却水循環ポンプ１６４が行う。このようにして循環する冷却水は、燃料電池１００内において吸熱し、ラジエーター１５０において放熱することで、燃料電池１００を冷却する（セル温度を低下させる）。また、バイパス１６２は、燃料電池１００から流出した冷却水を、ラジエーター１５０を通過させずに再度、燃料電池１００に流入させるための経路である。一方、三方流量調整弁１６３は、バイパス１６２を通過する冷却水の流量を調整する弁である。
【００３２】
次に、電気系統について説明する。電気系統としては、燃料電池１００の他、先述した二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４が備えられている。二次電池１７２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を介して燃料電池１００に接続されており、燃料電池１００による発電電力を充電することや、充電電力を他の機器へ供給することができる。二次電池１７２には残容量検出センサー１７６が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４は、燃料電池１００の電圧制御を含む発電制御、二次電池１７２の充放電の制御、モーター１７０への電圧印加を行う。
【００３３】
制御装置２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピューターで構成される。この制御装置２００は、アクセル１８０や先述した種々のセンサーからの信号入力を取得し、その取得した信号に基づいてＤＣ−ＤＣコンバーター１７４やその他種々のバルブや機器等を先述したように制御することにより、燃料電池システム３０を運転する。
【００３４】
２．負荷運転時電圧制御処理：
図２は、負荷運転時電圧制御処理を示すフローチャートである。負荷運転時電圧制御処理は、燃料電池システム３０の負荷運転（発電）が要求されている時（例えば、燃料電池自動車２０の走行中）に、制御装置２００が主体となって実行する処理である。
【００３５】
一方、図３（Ａ）は燃料電池１００の電圧及び電流について経時変化を示す図、図３（Ｂ）はカソードの白金触媒に付着した硫黄（Pt-S）及び硫酸イオン（Pt-SO42-）並びに白金触媒に生成された酸化皮膜（PtO）の量の経時変化を模式的に例示したグラフである。なお、図３（Ａ）は、酸化皮膜としてPtOを代表的に図示したが、酸化皮膜はPtOに限定されず、Pt(OH)2、Pt-OH、PtO2等の白金の酸化状態の少なくとも１つを含んでも良いし、含まなくても良い。図３（Ｂ）の時刻ゼロ〜時刻ｔ１には、燃料電池１００のこれまでの運転によって、硫黄及び酸化皮膜がカソードの触媒に存在していることが示されている。
【００３６】
まず、要求電力を発電するための負荷運転を実行する（ステップＳ３１０）。続いて、負荷運転を継続しつつ、セル温度がα以上かを判定する（ステップＳ３２０）。このαという温度は、セルの乾燥抑制を実行するのが好ましい温度として、燃料電池１００の発電特性の温度依存性やセルのスペック等を勘案して予め定められた温度である。セル温度は、冷却水温度の値と同じであると見なして、温度センサー１６６によって測定される値を用いる。
【００３７】
セル温度がα未満の場合（ステップＳ３２０、ＮＯ）、発電性能が低下したかを判定する（ステップＳ３３０）。具体的には、理論上のＩＶ特性と比べて、発電電力が所定値（例えば９０％）未満であれば、発電性能が低下したと判定する。
【００３８】
発電性能が低下していない場合（ステップＳ３３０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を続ける。一方、発電性能が低下した場合（ステップＳ３３０、ＹＥＳ）、二次電池１７２のＳＯＣ（State of Charge：充電の残量を示す値）が所定値以上かを判定する（ステップＳ３４０）。この所定値は、次のステップＳ３５０を実行することによって発電電力が低下しても、二次電池１７２からの供給電力を加えることによって、要求電力を賄えるか否かの判定基準として定められた値である。
【００３９】
ＳＯＣが所定値未満である場合（ステップＳ３４０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を続ける。一方、ＳＯＣが所定値以上である場合（ステップＳ３４０、ＹＥＳ）、燃料電池１００の電圧を、図３（Ａ）に示すように、時間Ｔ１（図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２）に渡り、電圧Ｖ２に設定する（ステップＳ３５０）。電圧Ｖ２によって運転することを本明細書では「高電位運転」と呼ぶ。
【００４０】
電圧Ｖ２の値は、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。電圧Ｖ２の値が満たす条件は、開回路電圧よりは低いこと、及び硫黄を酸化させることができることである。この条件を満たす電圧の範囲は、通常、負荷運転時の電圧よりも高くなる。この範囲において、燃料電池１００の性能低下の度合いを加味して決定する。つまり、性能低下の度合いが大きければ高目の電圧値、性能低下の度合いが小さければ低目の電圧値に決定する。
【００４１】
一方、時間Ｔ１も、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。時間Ｔ１が満たす条件は、発電電力が低い状態を許容できる時間を超えないことである。高電位運転は、通常、負荷運転よりも発電電力が低下するからである。この時間は、ＳＯＣに基づいて決定する。この時間内において、性能低下の度合いが大きければ長目の時間、性能低下の度合いが小さければ短目の時間に決定する。
【００４２】
図３（Ｂ）の時刻ｔ１〜時刻ｔ２に示すように、高電位運転によって、カソードの白金触媒に存在する硫黄が硫酸イオンへと酸化する。加えて、高電位は酸化作用を持つので、白金触媒上の酸化皮膜の生成が促進される。図３（Ｂ）においては、硫黄の酸化がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に酸化されなくても良い。
【００４３】
次に、燃料電池１００の電圧を、時間Ｔ２（図３の時刻ｔ２〜時刻ｔ３）に渡り、電圧Ｖ１に設定する（ステップＳ３６０）。電圧Ｖ１によって運転することを本明細書では「低電位運転」と呼ぶ。電圧Ｖ１は、固定値であり、燃料電池１００に損傷が生じない範囲において、理論上、発電電力が最高になる電圧値である。電圧Ｖ１は、通常、負荷運転時の電圧値よりも低い値となり、還元作用を持つ。
【００４４】
一方、時間Ｔ２は、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。時間Ｔ２が満たす条件は、時間Ｔ１における実際の発電量が要求電力に対して不足した分を補うのに足りることである。この「補うのに足りる」とは、ステップＳ３５０における発電量の余剰分と上記不足分との差が所定範囲内、好ましくは、その差がゼロであることを意味する。なお、時間Ｔ２が長すぎると、生成水がアノード及びカソードのガス拡散層の細孔を閉塞してしまう場合があるので、これを防止するために、時間Ｔ２の上限を予め定めても良い。
【００４５】
図３（Ｂ）時刻ｔ２〜時刻ｔ３に示すように、低電位運転の還元作用によって酸化皮膜（PtO）が分解され、その量が減少していき、触媒として機能する白金が増えていく（PtO→Pt）。図３（Ｂ）においては、酸化皮膜の還元がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に還元されなくて良い。
【００４６】
加えて、低電位運転によって、硫酸イオンの白金触媒に対する吸着が弱められる。図３（Ｂ）時刻ｔ２〜時刻ｔ４に示すように、吸着が弱まった硫酸イオンは、カソードに供給される空気の流れによって、触媒から徐々に除去される。この除去は、生成水によって促進される。つまり、空気の流れが生成水の流れを引き起こし、この生成水の流れが硫酸イオンを洗い流すようにして触媒から除去する。図３（Ｂ）においては、硫酸イオンの除去がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に除去されなくても良い。
【００４７】
続いて、時間Ｔ３（図３の時刻ｔ３〜時刻ｔ４）に渡り、負荷運転を実行する（ステップＳ３７０）。時間Ｔ３は、過剰な生成水を除去するのに十分な時間として、予め定められた固定値である。
【００４８】
次に、セル温度がα以上かを判定する（ステップＳ３８０）。セル温度がα以上の場合（ステップＳ３８０、ＹＥＳ）、ステップＳ３６０に戻る。つまり、低電位運転（図３の時刻ｔ４〜時刻ｔ５）と、負荷運転（ステップＳ３７０、図３の時刻ｔ５〜）とを再実行し、再びステップＳ３８０の判断を実行する。
【００４９】
上記のように、低電位運転と負荷運転とを再実行する目的は、低電位運転によって生成水が増加することを利用して、セルの乾燥を抑制することである。加えて、酸化皮膜や硫酸イオンが除去し切れていない場合は、低電位運転の再実行によって、更なる除去が実現される。
【００５０】
セル温度がα未満の場合（ステップＳ３８０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を実行する。一方、ステップＳ３１０における負荷運転の実行中に、セル温度がα以上に達した場合（ステップＳ３２０、ＹＥＳ）、ステップＳ３６０に進む。ステップＳ３５０における電圧上昇の実行をスキップする理由は、セルの乾燥を進行させないためである。つまり、セル温度がα以上の場合、高電位運転によって生成水の量を減少させ、セルの乾燥を更に進行させるのではなく、低電位運転によって生成水を増やして乾燥を抑制する。
【００５１】
以上に説明した負荷運転時電圧制御処理の実行によって、負荷運転が要求されている時に、燃料電池１００の性能回復およびセルの乾燥抑制ができる。加えて、ＳＯＣやセルの乾燥度合いを監視して、電圧を上昇させても影響が小さいタイミングで、性能回復のための処理が実行する。このため、性能回復のための処理によってＳＯＣの低下やセルの乾燥が一時的に生じることが防止される。
【００５２】
さらに、時間Ｔ１、時間Ｔ２及び電圧Ｖ２に可変値を採用しているので、電圧を上昇させた影響が十分に相殺され、燃料電池システム３０の運転および燃料電池自動車２０の走行への影響が抑制される。
【００５３】
３．実施形態と適用例との対応関係：
ステップＳ３２０が適用例９を、ステップＳ３３０が性能低下推定部を、ステップＳ３４０が適用例８を、ステップＳ３５０が電圧上昇部を、ステップＳ３５０における時間Ｔ１の設定が適用例６を、ステップＳ３６０が電圧降下部を、ステップＳ３６０における時間Ｔ２の設定が適用例２を、ステップＳ３８０が適用例１０を各々実現するためのソフトウェアに対応する。なお、適用例５、７に対応する実施形態は、下記変形例で述べる。
【００５４】
４．他の実施形態：
本発明は、先述した実施形態になんら限定されるものではなく、発明の技術的範囲内における種々の形態によって実施できる。例えば、実施形態の構成要素の中で付加的なものは、実施形態から省略できる。ここで言う付加的な構成要素とは、実質的に独立している適用例においては特定されていない事項に対応する要素のことである。また、例えば、以下のような実施形態が考えられる。
【００５５】
・用途は、自動車搭載用の燃料電池でなくとも、二輪車など、他の輸送用機器搭載用や家庭用発電機等どのようなものでも良い。
・除去するアニオンとしては、硫黄の他には、例えば塩素が考えられる。
・実施形態中に記載した電圧値や時間の数値は、一例であり、他の数値でも良い。
【００５６】
・セル温度を下げるためのステップ（ステップＳ３２０、ステップＳ３４０、ステップＳ３７０及びステップＳ３８０）の一部または全部を省いても良い。つまり、ＳＯＣやセル温度を考慮してなくても良いし、セルの乾燥抑制を目的の一つとしなくても良い。
【００５７】
ステップＳ３３０における触媒の性能低下を推定する方法を変更しても良い。例えば、下記の方法が考えられる。
・硫黄が通常よりも多く大気に存在していることが推定された場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い。この推定の手法としては、例えば、温泉地や火山地帯など、大気中における一定程度の硫黄の存在が推定される地域を一定時間、走行した場合に、硫黄が通常よりも多く大気に存在していると推定しても良いし、別途設けたガスセンサーの測定結果を用いても良い（適用例５の実施形態の一例）。
・前回の高電位運転時と比べて、ＩＶ特性が所定割合（例えば９０％）になった場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い。
・前回の高電位運転時から一定時間が経過した場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い（適用例７の実施形態の一例）。
・実施形態および上記の手法の何れか二つ以上を組み合わせても良い。
【００５８】
時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、電圧Ｖ１及びＶ２の値の少なくとも一つは、実施形態と異なる方法によって決定しても良い。例えば、下記の方法が考えられる。
・何れについても、固定値でも可変値でも良い。
・要求電力の時間平均に発電電力の時間平均を近づけるために、時間Ｔ２によって調整する手法に代えて、時間Ｔ１、時間Ｔ２、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の値の少なくとも一つを調整する手法でも良い。
・低電位運転時に、空気供給量を通常より少なくして、電流量を抑制することによって、燃費の向上を図っても良い。
【符号の説明】
【００５９】
２０…燃料電池自動車
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…電流センサー
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給経路
１２２…水素ガス循環経路
１２３…放出経路
１２４…供給用開閉バルブ
１２５…減圧バルブ
１２６…水素供給機器
１２７…水素ガス循環ポンプ
１２８…水素ガス流量センサー
１２９…放出用開閉バルブ
１３０…コンプレッサー
１４０…空気供給系
１４１…空気供給経路
１４３…排出流量調整バルブ
１４５…加湿装置
１４７…空気流量センサー
１５０…ラジエーター
１６０…冷却系
１６１…冷却水循環経路
１６２…バイパス
１６３…三方流量調整弁
１６４…冷却水循環ポンプ
１６６…温度センサー
１７０…モーター
１７２…二次電池
１７４…ＤＣ−ＤＣコンバーター
１７６…残容量検出センサー
１８０…アクセル
１９０…圧損センサー
２００…制御装置
【図１】
0005673502.tif 000002
【図２】
0005673502.tif 000003
【図３】
0005673502.tif 000004