(57)【要約】【課題】燃料電池の発電効率の向上と耐久性維持を両立することのできる燃料電池システムを提案する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池に対する要求電力が所定値未満のときに燃料電池への反応ガス供給を停止するとともに燃料電池の出力電圧が開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に維持されるように制御し、燃料電池に対する要求電力が所定値以上のときに、高電位回避電圧を上限として燃料電池の出力電圧を制御する。燃料電池の出力電圧の上限を開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に設定することで、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで上昇することによる触媒の劣化を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に対する要求電力が所定値未満のときに前記燃料電池への反応ガス供給を停止するとともに前記燃料電池の出力電圧が開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に維持されるように制御し、前記燃料電池に対する要求電力が所定値以上のときに、前記高電位回避電圧を上限として前記燃料電池の出力電圧を制御する制御手段と、
を備え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、
前記燃料電池の出力電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータを更に備え、
前記制御手段は、前記燃料電池に対する要求電力が所定値未満のときに、前記燃料電池の出力電圧が前記高電位回避電圧よりも所定電圧低下した段階で前記ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を停止する、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、
蓄電装置を更に備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電電力が前記蓄電装置によって充電可能な電力と補機類によって消費可能な電力との合計を超えている場合には、前記燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
トラクションモータを更に備え、
前記制御手段は、前記トラクションモータによる回生制動が実施されている最中では前記燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための配管系統に配設される複数の遮断弁を更に備え、
前記制御手段は、前記複数の遮断弁を閉弁することにより前記配管系統内部に閉空間を形成し、前記閉空間内部のガス圧変動を検出することによりガス漏れを検出している最中は、前記燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、複数のセルを積層してなるセルスタックであり、
前記制御手段は、前記複数のセルの出力電圧のうちの最高電圧が所定値以下になるように、前記高電位回避電圧を補正する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の出力電圧を開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として運転制御する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。燃料電池スタックは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜−電極アッセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。
【０００３】
燃料電池システムを電力源として搭載する燃料電池車両では、発電効率のよい高出力領域では、燃料電池スタックを発電させて、燃料電池スタックと二次電池の両方又は燃料電池スタックのみからトラクションモータに電力を供給する一方、発電効率の悪い低出力領域では、燃料電池スタックの発電を一時休止し、二次電池のみからトラクションモータに電力を供給する運転制御を行っている。このように、燃料電池システムの発電効率の低い低負荷領域において、燃料電池スタックの運転を一時休止することを間欠運転と称する。燃料電池システムの発電効率が低下する低負荷領域では、間欠運転を実施することで、燃料電池スタックをエネルギー変換効率の高い範囲内で運転させることが可能となり、燃料電池システム全体の効率を高めることができる。
【０００４】
特開２００４−１７２０２８号公報には、燃料電池スタックへの要求負荷が所定値以下である場合に、間欠運転を実施する燃料電池システムについて言及している。同公報は、間欠運転を実施することで発電休止状態に移行した燃料電池スタックのセル電圧が所定値を下回ったときに、エアコンプレッサを駆動させて、燃料電池スタックに酸素ガスを供給し、燃料電池スタックのカソード極における酸素不足を解消してセル電圧を回復させ、発電要求に対する応答遅れを改善することについても言及している。
【特許文献１】特開２００４−１７２０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の間欠運転では、燃料電池スタックへの反応ガス供給を停止するとともに、燃料電池スタックの出力端子に並列接続するＤＣ／ＤＣコンバータの指令電圧を開放端電圧に設定して、燃料電池スタックの出力端子電圧を開放端電圧（ＯＣＶ）に制御していた。燃料電池スタックの出力端子電圧を開放端電圧に維持することで、間欠運転中に燃料電池スタックから電流が流出しないように制御できる。
【０００６】
しかし、低負荷運転時に燃料電池スタックの出力端子電圧を開放端電圧に維持すると、膜−電極アッセンブリの触媒層に含まれる白金触媒がイオン化して溶出することがあるので、燃料電池スタックの性能低下を抑制することが検討課題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池の発電効率の向上と耐久性維持を両立することのできる燃料電池システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に対する要求電力が所定値未満のときに燃料電池への反応ガス供給を停止するとともに燃料電池の出力電圧が開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に維持されるように制御し、燃料電池に対する要求電力が所定値以上のときに、高電位回避電圧を上限として燃料電池の出力電圧を制御する制御手段とを備える。
【０００９】
燃料電池の出力電圧の上限を開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に設定することで、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで上昇することによる触媒の劣化を抑制できる。
【００１０】
本発明に係わる燃料電池システムは、燃料電池の出力電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータを更に備える。制御手段は、燃料電池に対する要求電力が所定値未満のときに、燃料電池の出力電圧が高電位回避電圧よりも所定電圧低下した段階でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を停止する。
【００１１】
燃料電池の出力電圧が高電位回避電圧よりも所定電圧低下した段階でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を停止することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失を抑制するとともに、燃料電池内部に残留する反応ガスによる燃料電池の出力電圧上昇を回避することができる。
【００１２】
本発明に係わる燃料電池システムは、蓄電装置を更に備える。制御手段は、燃料電池の発電電力が蓄電装置によって充電可能な電力と補機類によって消費可能な電力との合計を超えている場合には、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する。
【００１３】
燃料電池の発電電力が蓄電装置の充電可能な電力を超えている場合には、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可することで、蓄電装置の損傷を回避できる。
【００１４】
本発明に係わる燃料電池システムは、トラクションモータを更に備える。制御手段は、トラクションモータによる回生制動が実施されている最中では燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する。
【００１５】
トラクションモータによる回生制動が実施されている最中では燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可することで、回生制動中における燃料電池の発電を停止し、回生電力をより多く蓄電装置に充電できる。
【００１６】
本発明に係わる燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給するための配管系統に配設される複数の遮断弁を更に備える。制御手段は、複数の遮断弁を閉弁することにより配管系統内部に閉空間を形成し、閉空間内部のガス圧変動を検出することによりガス漏れを検出している最中は、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可する。
【００１７】
ガス漏れ検出をしている最中では、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで昇圧することを許可することで、ガス漏れ検出中における燃料電池の発電による反応ガス消費を抑制しガス漏れ検出精度を高めることができる。
【００１８】
ここで、燃料電池は、複数のセルを積層してなるセルスタックである。制御手段は、複数のセルの出力電圧のうちの最高電圧が所定値以下になるように、高電位回避電圧を補正するのが好ましい。セル電圧がばらついていると、複数のセルの出力電圧のうち最も高い電圧が１セルあたりの高電位回避電圧を上回る場合がある。複数のセルの出力電圧のうちの最高電圧が所定値（例えば、セルスタックの目標電圧をセル総数で除した電圧値）以下になるように、高電位回避電圧を補正することで、セル電圧のばらつきに起因する耐久性低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料電池の出力電圧の上限を開放端電圧よりも低い高電位回避電圧に設定することで、燃料電池の出力電圧が開放端電圧まで上昇することによる触媒の劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
【００２１】
燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、システム全体を統括制御するコントローラ６０とを備えている。
【００２２】
燃料電池スタック２０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００２３】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００２４】
燃料電池スタック２０には、燃料電池スタック２０の出力電圧（ＦＣ電圧）を検出するための電圧センサ７１、及び出力電流（ＦＣ電流）を検出するための電流センサ７２が取り付けられている。
【００２５】
酸化ガス供給系３０は、燃料電池スタック２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路３３と、燃料電池スタック２０から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路３４とを有している。酸化ガス通路３３には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、エアコンプレッサ３２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器３５と、燃料電池スタック２０への酸化ガス供給を遮断するための遮断弁Ａ１とが設けられている。酸化オフガス通路３４には、燃料電池スタック２０からの酸化オフガス排出を遮断するための遮断弁Ａ２と、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁Ａ３と、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器３５とが設けられている。
【００２６】
燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池スタック２０のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路４３と、燃料電池スタック２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４３に帰還させるための循環通路４４と、循環通路４４内の燃料オフガスを燃料ガス通路４３に圧送する循環ポンプ４５と、循環通路４４に分岐接続される排気排水通路４６とを有している。
【００２７】
燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタ４２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２０に供給される。
【００２８】
尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。
【００２９】
燃料ガス通路４３には、燃料ガス供給源４１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための遮断弁Ｈ１と、燃料ガスの圧力を調整するレギュレータＨ２と、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給量を制御するインジェクタ４２と、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給を遮断するための遮断弁Ｈ３と、圧力センサ７４とが設けられている。
【００３０】
レギュレータＨ２は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタ４２の上流側にレギュレータＨ２を配置することにより、インジェクタ４２の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ４２の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ４２の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ４２の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ４２の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ４２の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ４２の応答性の低下を抑制することができる。
【００３１】
インジェクタ４２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４２は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。
【００３２】
本実施形態においては、インジェクタ４２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階に切り替えることができる。コントローラ６０から出力される制御信号によってインジェクタ４２のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ４２は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。インジェクタ４２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ４２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。
【００３３】
循環通路４４には、燃料電池スタック２０からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁Ｈ４と、循環通路４４から分岐する排気排水通路４６とが接続されている。排気排水通路４６には、排気排水弁Ｈ５が配設されている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラ６０からの指令によって作動することにより、循環通路４４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁Ｈ５の開弁により、循環通路４４内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。
【００３４】
排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプ４５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック２０に循環供給する。
【００３５】
電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、及び補機類５５を備えている。燃料電池システム１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１とトラクションインバータ５３とが並列に燃料電池スタック２０に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池スタック２０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１による電圧変換制御により、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。
【００３６】
バッテリ５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ５２には、ＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサ７３が取り付けられている。
【００３７】
トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ６０からの制御指令に従って、燃料電池スタック２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
【００３８】
補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。
【００３９】
コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する。例えば、コントローラ６０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。
【００４０】
ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
【００４１】
そして、コントローラ６０は、燃料電池スタック２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池スタック２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラ６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５３に出力し、トラクションモータ５４の出力トルク、及び回転数を制御する。
【００４２】
図２は燃料電池スタック２０を構成するセル２１の分解斜視図である。
セル２１は、高分子電解質膜２２と、アノード極２３と、カソード極２４と、セパレータ２６，２７とから構成されている。アノード極２３及びカソード極２４は、高分子電解質膜２２を両側から挟んでサンドイッチ構造を成す拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータ２６，２７は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード極２３及びカソード極２４との間にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。セパレータ２６には、断面凹状のリブ２６ａが形成されている。リブ２６ａにアノード極２３が当接することで、リブ２６ａの開口部は閉塞され、燃料ガス流路が形成される。セパレータ２７には、断面凹状のリブ２７ａが形成されている。リブ２７ａにカソード極２４が当接することで、リブ２７ａの開口部は閉塞され、酸化ガス流路が形成される。
【００４３】
アノード極２３は、白金系の金属触媒（Ｐｔ，Ｐｔ−Ｆｅ，Ｐｔ−Ｃｒ，Ｐｔ−Ｎｉ，Ｐｔ−Ｒｕなど）を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜２２に接する触媒層２３ａと、触媒層２３ａの表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層２３ｂとを有する。同様に、カソード極２４は、触媒層２４ａとガス拡散層２４ｂとを有する。より詳細には、触媒層２３ａ，２４ａは、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜２２上にスクリーン印刷したものである。ガス拡散層２３ｂ、２４ｂは、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜２２は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。高分子電解質膜２２、アノード極２３、及びカソード極２４によって膜−電極アッセンブリ２５が形成される。
【００４４】
図３は燃料電池システム１０の運転制御を示すタイミングチャートである。
燃料電池システム１０は、運転負荷に応じて、燃料電池スタック２０の運転モードを切り替えることにより発電効率の向上を図る。例えば、燃料電池システム１０は、発電効率の低い低負荷領域（発電要求が所定値未満となる運転領域）では、燃料電池スタック２０の発電指令値をゼロに設定して運転制御し、車両走行に要する電力やシステム運用上必要な電力をバッテリ５２からの電力によって賄う（以下、第１の運転モードと称する。）。一方、発電効率の高い高負荷領域（発電要求が所定値以上となる運転領域）では、アクセル開度や車速などを基に燃料電池スタック２０の発電指令値を算出して運転制御し、車両走行に要する電力やシステム運用上必要な電力を燃料電池スタック２０による発電電力のみによって又は燃料電池スタック２０による発電電力とバッテリ５２からの電力とによって賄う（以下、第２の運転モードと称する。）。
【００４５】
燃料電池システム１０は、運転モードを示す制御フラグを一定周期で監視しており、制御フラグがオンになると第１の運転モードにて運転制御し、制御フラグがオフになると第２の運転モードにて運転制御する。何れの運転モードにおいても、通常運転時における燃料電池スタック２０の出力電圧は、原則として、使用上限電圧Ｖ１と使用下限電圧Ｖ２との間の運転範囲に制限される。
【００４６】
使用上限電圧Ｖ１としては、燃料電池スタック２０の触媒層２３ａ，２４ａに含まれている白金触媒が溶出しない程度の電圧範囲であるという条件を満たす電圧であることが好ましく、更にはその条件に加えて、燃料電池スタック２０への反応ガス供給を停止した状態で燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１に維持したときに、燃料電池スタック２０が発電する電力を補機類５５によって消費できる程度の電圧範囲であるという条件を満たす電圧であることが好ましい。燃料電池スタック２０では、特に低密度電流運転時やアイドル運転時のようなカソード極２４の電位が高く保持されるような場合に、触媒層２４ａの白金触媒が溶出する可能性がある。本明細書では、燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１以下に制御し、燃料電池スタック２０の耐久性を維持することを高電位回避制御と称する。また使用上限電圧Ｖ１を高電位回避電圧と称する場合がある。本実施形態では、何れの運転モードにおいても、原則として、高電位回避制御が実行される。使用上限電圧Ｖ１は、例えば一つのセルあたりに電圧が０．９Ｖ程度になるように設定するのが好適である。
【００４７】
使用下限電圧Ｖ２としては、セル電圧が還元領域に低下しない程度の電圧範囲であるという条件を満たす電圧であることが好ましい。燃料電池スタック２０を酸化領域にて連続運転し続けると、触媒層２４ａに含まれる白金触媒の表面に酸化皮膜が形成されることにより白金触媒の有効面積が減少する。すると、活性電圧が増大するので、燃料電池スタック２０のＩ−Ｖ特性が低下する。触媒活性化処理を実施することにより、酸化皮膜を還元し、白金触媒から酸化皮膜を除去することで、Ｉ−Ｖ特性を回復させることができるが、セル電圧を酸化領域と還元領域との間で頻繁に遷移させると、燃料電池スタック２０の耐久性が低下する。また、セル電圧を還元領域にまで下げた後に、要求負荷の増大に応じてセル電圧を酸化領域まで引き上げると、白金触媒を担持するカーボンが酸化する場合がある。このような事情を勘案し、通常運転時における燃料電池スタック２０の出力電圧を使用下限電圧Ｖ２以上に制御することで、燃料電池スタック２０の耐久性低下を抑制することができる。使用下限電圧Ｖ２は、例えば一つのセルあたりに電圧が０．８Ｖ程度になるように設定するのが好適である。
【００４８】
尚、通常運転時における燃料電池スタック２０の出力電圧は、原則として、使用上限電圧Ｖ１と使用下限電圧Ｖ２との間に制御されるが、システム運用の必要上、燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１以上に制御したり、或いは使用下限電圧Ｖ２以下に制御したりする場合がある。例えば、バッテリ５２のＳＯＣが所定以上のとき、ガス漏れ検出を実施するとき、回生制動により回生電力を回収するときなどは、燃料電池スタック２０の出力電圧は、開放端電圧まで引き上げられる。また、触媒活性化処理を実施するときには、燃料電池スタック２０の出力電圧は使用下限電圧Ｖ２以下に引き下げられる。
【００４９】
さて、第１の運転モードでは、コントローラ６０は、発電指令値をゼロに設定し、燃料電池スタック２０への反応ガス供給を停止するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値を使用上限電圧Ｖ１に設定する（時刻ｔ０〜ｔ４）。反応ガス供給を停止した後においても、燃料電池スタック２０内部には、未反応の反応ガスが残留しているので、燃料電池スタック２０は、暫く微量に発電する。
【００５０】
時刻ｔ０〜ｔ２の期間は、残留反応ガスが有する化学エネルギーが電気エネルギーに変換されることにより、微量発電が継続されている発電期間である。この発電期間では、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１を維持できるだけのエネルギーを残留反応ガスが有しているので、燃料電池スタック２０の出力電圧は使用上限電圧Ｖ１を維持し続ける。この発電期間中に発電された電力は、補機類５５にて消費されるが、補機類５５にて消費しきれない場合には、バッテリ５２に充電される。
【００５１】
時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、燃料電池スタック２０の発電エネルギーが補機類５５の消費容量を超えているため、発電エネルギーの一部がバッテリ５２に充電されている。ところが、残留反応ガスの消費に応じて燃料電池スタック２０から放出される発電エネルギーは、次第に減少していくので、時刻ｔ１の時点では、燃料電池スタック２０から放出される発電エネルギーと、補機類５５の消費容量とがバランスし、バッテリ５２に充電される電力はゼロとなる。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間では、燃料電池スタック２０から放出される発電エネルギーでは、補機類５５の消費電力を賄うことができなくなるので、その不足電力を補うため、バッテリ５２から補機類５５に電力が供給されるようになる。
【００５２】
時刻ｔ２〜ｔ４の期間は、残留反応ガスの消費により、燃料電池スタック２０の出力電圧をもはや使用上限電圧Ｖ１に維持することができなくなり、発電停止に至る発電停止期間である。燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１に維持するために必要なエネルギーを残留反応ガスが有しなくなると、発電停止に至り、燃料電池スタック２０の出力電圧は、次第に低下していく。この発電停止期間では、燃料電池スタック２０の発電エネルギーはゼロとなるので、バッテリ５２から補機類５５に供給される電力はほぼ一定となる。
【００５３】
燃料電池スタック２０の出力電圧が使用下限電圧Ｖ２まで低下する時刻ｔ３では、酸化ガス供給系３０を駆動し、燃料電池スタック２０に酸化ガスを補給する。燃料電池スタック２０は、酸化ガスの補給を受けて発電するので、燃料電池スタック２０の出力電圧は上昇に転じる。燃料電池スタック２０の出力電圧が所定電圧（例えば、３６０Ｖ）まで昇圧した段階で、酸化ガス補給を終了する。このように、発電停止期間中では、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用下限電圧Ｖ２まで低下する度に酸化ガスが適宜補給され、出力電圧が使用下限電圧Ｖ２を下回らないように制御される。
【００５４】
第２の運転モードでは、コントローラ６０は、要求負荷に応じて発電指令値を算出し、燃料電池スタック２０への反応ガス供給を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値は、使用上限電圧Ｖ１と使用下限電圧Ｖ２との間の運転範囲に制限される。
【００５５】
尚、図４に示すように、電圧センサ７１によって測定される測定電圧ＶDCは、燃料電池スタック２０の実電圧ＶTCよりもΔＶstackだけ小さい場合がある。誤差ΔＶstackの主な原因として、スタック電流の逆流を防止するために設けられたダイオード７５による電圧降下や電圧センサ７１による計測誤差などが考えられる。このような誤差が生じると、コントローラ６０は、実電圧ＶTCよりもΔＶstackだけ小さい測定電圧ＶDCが目標電圧に一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御することになるので、実電圧ＶTCは目標電圧よりもΔＶstackだけ高い電圧に制御されることになる。
【００５６】
実電圧ＶTCが目標電圧よりもΔＶstackだけ高い電圧に制御されると、燃料電池スタック２０の劣化を促進してしまうので、誤差ΔＶを加味した上で測定電圧ＶDCを補正し、実電圧ＶTCが目標電圧に一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御するのが好ましい。具体的には、ダイオード７５による電圧降下や、電圧センサ７１による計測誤差を定常誤差として取り扱うことができる場合には、補正値としてのΔＶstacを測定電圧ＶDCに加算して、これを実電圧ＶTCとして取り扱い、実電圧ＶTCが目標電圧に一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御すればよい。実電圧ＶTCは、セルモニタによって測定される各セル２１のセル電圧の合計値Ｖcell_allに等しいので、Ｖcell_allとＶDCとの誤差ΔＶstackを所定の演算周期で算出し、誤差ΔＶstackを加味した上で測定電圧ＶDCをリアルタイムに補正し、実電圧ＶTCが目標電圧に一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御してもよい。
【００５７】
但し、実電圧ＶTCが目標電圧に一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御したとしても、図５に示すように、セル２１の出力電圧（セル電圧）には、ばらつきがあるので、一部のセル２１のセル電圧が１セル当たりの目標電圧を超える場合がある（１セル当たりの目標電圧とは、燃料電池スタック２０の目標電圧をセル総数で除した電圧値をいう。）。このような場合には、当該一部のセル２１の劣化が促進されてしまうので、どのセル２１のセル電圧も１セル当たりの目標電圧を超えないように、コントローラ６０は、目標電圧を補正するのが好ましい。具体的には、コントローラ６０は、燃料電池スタック２０を構成するそれぞれのセル２１のセル電圧をセル電圧検出装置（図示せず）によって監視し、最高セル電圧Ｖcell_maxと平均セル電圧Ｖcell_aveとの差分ΔＶcellを基に燃料電池スタック２０の目標電圧を補正し、どのセル２１のセル電圧も１セル当たりの目標電圧を超えないように制御するのが好ましい。
【００５８】
図６はＤＣ／ＤＣコンバータ５１の間欠停止を示すタイミングチャートである。
このタイミングチャートは、燃料電池車両が低速走行から次第に減速して車両停止に至る一連の制御過程を示している。
【００５９】
低速走行をしている燃料電池車両の負荷が軽くなり、燃料電池スタック２０への要求負荷が所定の閾値を下回る時刻ｔ１０では、制御フラグはオフからオンに切り替わる。これにより、燃料電池システム１０の運転モードは、第２の運転モードから第１の運転モードに切り替わる。そして、車速が所定値（例えば、数ｋｍ／ｈ程度）以下となる時刻ｔ１１では、走行フラグは、オンからオフに切り替わる。走行フラグとは、車両が走行状態にあるか否かを示すフラグ情報であり、燃料電池車両が走行している状態（車速が所定値以上の状態）にあるときは、走行フラグはオンとなり、停止している状態（車速が所定値未満の状態）にあるときは、走行フラグはオフとなる。
【００６０】
燃料電池車両が完全に停止する時刻ｔ１２では、モータ駆動許可フラグは、オンからオフに切り替わる。モータ駆動許可フラグとは、トラクションモータ５４の駆動が許可されている状態か否かを示すフラグ情報であり、トラクションモータ５４の駆動を許可できる場合は、モータ駆動許可フラグはオンとなり、トラクションモータ５４の駆動を許可できない場合（トラクションモータ５４がシャットダウンしている状態）は、モータ駆動許可フラグはオフとなる。
【００６１】
さて、第１の運転モードでは、コントローラ６０は、発電指令値をゼロに設定し、燃料電池スタック２０への反応ガス供給を停止するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値を使用上限電圧Ｖ１に設定する。反応ガス供給が停止された直後では、燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１に維持するために十分な反応ガスが燃料電池スタック２０内部に残留しているが、残留反応ガスによる微量発電により、残留反応ガスは次第に減少していく。燃料電池スタック２０の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１に維持するために必要なエネルギーを残留反応ガスが有しなくなると、発電停止に至り、燃料電池スタック２０の出力電圧は、次第に低下していく。
【００６２】
燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１からΔＶだけ低下して電圧Ｖ３に至る時刻ｔ１３では、コンバータ駆動許可フラグは、オンからオフに切り替わる。コンバータ駆動許可フラグとは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動が許可されている状態か否かを示すフラグ情報であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動を許可できる場合は、コンバータ駆動許可フラグはオンとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動を許可できない場合は、コンバータ駆動許可フラグはオフとなる。
【００６３】
燃料電池スタック２０の出力電圧が使用下限電圧Ｖ２を下回る時刻ｔ１４では、コントローラ６０は、酸化ガス供給システム４０を駆動し、燃料電池スタック２０に酸化ガスを補給する。燃料電池スタック２０は、酸化ガスの補給を受けて発電するので、燃料電池スタック２０の出力電圧は上昇に転じる。また、燃料電池スタック２０への酸化ガス補給が開始される時刻ｔ１４では、コンバータ駆動許可フラグがオフからオンに切り替わり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１が再起動される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１が再起動する時刻ｔ１４の時点では、制御フラグはオンのままなので、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値は、使用上限電圧Ｖ１に設定される。これにより、燃料電池スタック２０の出力電圧は、使用上限電圧Ｖ１と使用下限電圧Ｖ２との間に制御される。
【００６４】
このように、「トラクションモータ５４がシャットダウンしていること」、「燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１からΔＶだけ低下したこと」を条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動（トランジスタのスイッチング動作）を停止する（以下、間欠停止と称する。）ことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のスイッチング損失を低減し、エネルギー効率を高めることができる。
【００６５】
ここで、上記二つの条件を、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を間欠停止するための条件とする理由について説明する。仮にトラクションモータ５４がシャットダウンしていない状態でＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動を停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１による燃料電池スタック２０への電圧制御が働かなくなるので、燃料電池スタック２０の出力電圧は、トラクションインバータ５３によって引き下げられてしまい、コントロール不能に陥るだけでなく、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用下限電圧Ｖ２を下回る虞がある。
【００６６】
また、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１を維持している状態では、十分な量の反応ガスが燃料電池スタック２０に残留していて発電を継続している可能性がある。仮にこのような状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動を停止すると、燃料電池スタック２０が発電する電力のうちトラクションインバータ５３によって消費し切れない分だけ燃料電池スタック２０の出力電圧が吹け上がってしまい、使用上限電圧Ｖ１を超えてしまう虞がある。
【００６７】
一方、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１からΔＶだけ低下する状態では、残留反応ガスの量は微量であり、しかも発電停止状態にあるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の駆動を停止しても、燃料電池スタック２０の出力電圧が吹け上がることはない。以上の理由から、上記二つの条件を、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を間欠停止するための条件としている。
【００６８】
図７は高電位回避制御の実行条件を示す説明図である。
同図に示すように、高電位回避制御の実施が許可されるためには、（Ａ１）バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ１以下であること、（Ｂ１）車両が回生制動中でないこと、（Ｃ１）ガス漏れ検出の判定中でないこと、の全ての条件が満たされていることが必要である。一方、高電位回避制御の実施が禁止されるためには、（Ａ２）バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ２以上であること、（Ｂ２）車両が回生制動中であること、（Ｃ２）ガス漏れ検出の判定中であること、の何れかの条件が満たされていることが必要である。
【００６９】
（バッテリ）
コントローラ６０は、ＳＯＣセンサ７３から出力される信号を読み取ることにより、バッテリ５２の充電状態を定期的に監視する。そして、バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ２（例えば７５％）以上になると、コントローラ６０は、高電位回避制御機能をオン（許可）からオフ（禁止）に切り替える。高電位回避制御機能がオフになると、燃料電池スタック２０の出力電圧は、開放端電圧に維持される。一方、バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ１（例えば７０％）以下になると、コントローラ６０は、高電池回避制御機能をオフからオンに切り替える。高電位回避制御機能がオンになると、燃料電池スタック２０の出力電圧は、使用上限電圧Ｖ１以下に制御される。
【００７０】
第１の運転モードにおいて、高電池回避制御を実施すると、燃料電池スタック２０への発電指令値はゼロであるにも関らず、燃料電池スタック２０の出力電圧は使用上限電圧Ｖ１に維持されるので、燃料電池スタック２０は、残留反応ガスによる電気化学反応により微量に発電する。この発電によって生成された電力は、補機損として、補機類５５によって消費可能と考えられるが、燃料電池スタック２０の発電のばらつきや、補機類５５による消費電力のばらつき等により、補機類５５だけでは、消費し切れない場合がある。このような場合には、補機類５５が消費し切れない電力をバッテリ５２に充電することとなるが、バッテリ５２のＳＯＣが高い場合には、過充電を引き起こし、バッテリ５２が破損する虞がある。そこで、上記のように、バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ２以上になることを条件として、高電位回避制御機能をオンからオフに切り替えることで、過充電によるバッテリ５２の破損を回避できる。
【００７１】
尚、上記の説明では、バッテリ５２のＳＯＣを基準に高電位回避制御機能のオン／オフ切り替えをするための判定条件を設定する例を示したが、バッテリ５２の充電能力を基準に高電位回避制御機能のオン／オフ切り替えをするための判定条件を設定してもよい。例えば、バッテリ５２の充電能力がＷｉｎ１（例えば−４ｋＷ）以下になると、高電位回避制御機能をオフからオンに切り替える一方、バッテリ５２の充電能力がＷｉｎ２（例えば−２ｋＷ）以上になると、高電位回避制御機能をオンからオフに切り替える。但し、高電位回避制御機能をオン／オフ切り替えするための判定条件は、必ずしもヒステリシス特性を有している必要はない。
【００７２】
（回生制動）
回生制動の有無に応じて高電位回避制御をオン／オフ切り替えするための運転制御について、図８に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。このタイミングチャートは、燃料電池車両が走行状態から回生制動に移行する一連の経過を示している。ドライバが時刻ｔ２０でブレーキペダルを踏むと、トラクションモータ５４は、回生制動をし、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。また、時刻ｔ２０において、回生フラグは、オフからオンに切り替わる。回生フラグとは、車両が回生制動をしているか否かを示すフラグ情報であり、車両が回生制動してないときは、回生フラグはオフとなり、車両が回生制動しているときは、回生フラグはオンとなる。
【００７３】
回生フラグがオンになると、コントローラ６０は、燃料電池スタック２０の上限電圧を使用上限電圧Ｖ１から開放端電圧に変更し、燃料電池スタック２０の出力電圧が使用上限電圧Ｖ１を超えて開放端電圧になることを許容する。回生制動時における燃料電池スタック２０への要求負荷は軽いので、燃料電池スタック２０の出力電圧は、次第に上昇していき、時刻ｔ２１の時点で開放端電圧に等しくなり、その後は開放端電圧を維持し続ける。また、燃料電池スタック２０の出力電圧が開放端電圧に等しくなる時刻ｔ２１以降では、発電電流はゼロになる。
【００７４】
燃料電池スタック２０の発電電流がゼロになるということは、燃料電池スタック２０が発電しなくなることを意味しているので、発電電力をバッテリ５２に充電する必要がなくなる。これにより、回生電力を十分にバッテリ５２に充電することができる。ここで、実線で示す回生電力は、回生制動時に高電位回避制御を禁止することによりバッテリ５２に充電できる電力を示し、点線で示す回生電力は、回生制動時に高電位回避制御を実施することによりバッテリ５２に充電できる電力を示す。両者の差分ΔＷは、回生制動時に燃料電池スタック２０が発電した電力をバッテリ５２に充電する必要がなくなったことに起因して、バッテリ５２により多く回収することのできる回生電力を示す。
【００７５】
このように、車両が回生制動するときには、高電位回避制御機能をオフにすることにより、燃料電池スタック２０の発電電力をゼロにし、より多くの回生電力をバッテリ５２に充電できるので、エネルギー効率を高めることができる。
【００７６】
尚、回生制動時には、高電位回避機能をオフにするのではなく、使用上限電圧Ｖ１を開放端電圧より低い電圧に引き上げるように制御してもよい。また、バッテリ５２のＳＯＣが低い場合には、トラクションモータ５４が回収した回生電力だけでなく、燃料電池スタック２０の発電電力をも充電できる余裕があるので、バッテリ５２のＳＯＣが所定値以上のときに回生制動することを条件として、高電位回避制御をオフにしてもよい。
【００７７】
また、車両の走行モード（Ｄ／Ｂレンジ）に応じて、回生制動中の高電位回避電圧の目標値を変更してもよい。ここで、Ｄレンジは、通常走行時に用いられる走行モードであり、Ｂレンジは、下り坂や峠道などを走行する場合のように、通常走行時よりも大きい制動力が要求されるときに用いられる走行モードである。トラクションモータ５４による回生制動中は、モータ回生トルクは、電力に変換され、バッテリ５２に充電されるので、回生制動中にも高電位回避制御が実施されている場合、以下に示す電力収支が成立する。
【００７８】
バッテリ充電電力＋補機消費電力＝モータ回生電力＋燃料電池発電電力  …（４）
【００７９】
（４）式に示すように、車両制動時の燃料電池発電電力が多いと、モータ回生電力がその分だけ減少してしまい、十分な制動トルクを確保できない。このため、車両制動時には高電位回避電圧を引き上げることで、燃料電池発電電力を減少させ、十分な制動トルクを確保するのが好ましい。そこで、コントローラ６０は、車両制動時に、以下の（５）式が成立するように高電位回避電圧を可変設定する。
【００８０】
バッテリ充電電力＋補機消費電力≧モータ回生電力＋燃料電池発電電力  …（５）
【００８１】
ここで、（５）式の関係式から導かれる高電位回避電圧は、図９に示すようなマップデータとして、コントローラ６０内のＲＯＭに保持してもよい。図９において、横軸は回生電力を示し、縦軸は高電位回避電圧を示している。ＢレンジとＤ／Ｒレンジとでは、制動トルクが異なるので、異なるマップデータとしている。実線は、Ｄレンジのマップデータを示し、破線は、Ｂレンジのマップデータを示している。コントローラ６０は、車両の走行モードがＤレンジであるのか或いはＢレンジであるのかを、シフトポジションに基づいて判定し、走行モードがＢレンジである場合には、走行モードがＤレンジの場合よりも高電位回避電圧の目標値を引き上げ、大きな制動力を確保する。これにより、車両のドライバビリティを高めることができる。
【００８２】
（ガス漏れ検出）
ガス漏れ検出の有無に応じて高電位回避制御をオン／オフ切り替えするための運転制御について、図１０に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。このタイミングチャートは、停車状態にある燃料電池車両が第１の運転モードにて運転中に燃料電池システム１０の燃料ガス配管系にガス漏れ（水素漏れ）が生じているか否かを判定するための一連の制御過程を示している。
【００８３】
燃料電池車両が停車する等の理由で燃料電池スタック２０に対する要求電力が所定値未満になる時刻ｔ３０では、制御フラグは、オフからオンに切り替わる。すると、コントローラ６０は、第１の運転モードにて燃料電池スタック２０を運転制御する。
【００８４】
コントローラ６０は、停車状態にある燃料電池車両が第１の運転モードにて運転制御されることを契機として、燃料ガス配管系に水素漏れが生じているか否かを判定するためのガス漏れ検出ルーチンを起動する。ガス漏れ検出ルーチンが起動されると、燃料電池スタック２０の燃料ガス入り口の上流側に配設されている遮断弁Ｈ３と、燃料ガス出口の下流側に配設されている遮断弁Ｈ４とがそれぞれ閉弁され、燃料ガス配管系内部に密閉空間が形成される。この密閉空間内部のガス圧は、圧力センサ７４によって検出される。密閉空間内部の単位時間あたりのガス圧低下量が所定の閾値以上である場合には、ガス漏れが生じているものと判定される。
【００８５】
ガス漏れ検出ルーチンが起動される時刻ｔ３０では、ガス漏れ検出フラグは、オフからオンに切り替わる。ガス漏れ検出フラグは、ガス漏れ検出処理が実施されているか否かを示すフラグ情報であり、ガス漏れ検出が実施されているときは、ガス漏れ検出フラグはオンとなり、ガス漏れ検出処理が実施されていないときには、ガス漏れ検出フラグはオフになる。
【００８６】
ガス漏れ検出フラグがオンになる時刻ｔ３０では、高電位回避フラグはオンからオフに切り替わる。高電位回避フラグとは、高電位回避制御を許可しているか否かを示すフラグ情報であり、高電位回避制御を許可しているときには、高電位回避フラグはオンとなり、高電位回避制御を禁止しているときには、高電位回避フラグはオフになる。ガス漏れ検出中における高電位回避制御を禁止することで、燃料電池スタック２０の出力電圧は、時刻ｔ３０の時点で使用上限電圧Ｖ１から次第に上昇し、やがて開放端電圧に至る。燃料電池スタック２０の出力電圧が開放端電圧に一致すると、燃料電池スタック２０による発電は停止する。
【００８７】
ガス漏れ判定に必要な所要時間が経過し、ガス漏れ検出処理が完了する時刻ｔ３１ではガス漏れ検出完了フラグがオフからオンに切り替わる。ガス漏れ検出完了フラグとは、ガス漏れ検出が完了したか否かを示すフラグ情報であり、ガス漏れ検出が完了すると、ガス漏れ検出完了フラグはオンになり、ガス漏れ検出が完了していないときには、ガス漏れ検出完了フラグはオフになる。
【００８８】
また、ガス漏れ検出処理が完了する時刻ｔ３１では、ガス漏れ検出フラグはオンからオフに切り替わり、高電位回避フラグはオフからオンに切り替わる。高電位回避フラグがオフからオンに切り替わることで、燃料電池スタック２０の出力電圧は時刻ｔ３１の時点で開放端電圧から次第に低下し、やがて使用上限電圧Ｖ１に至る。また、ガス漏れ検出処理が完了すると、遮断弁８１，８２は、開弁される。
【００８９】
燃料ガス配管系内部に密閉空間を形成し、所定時間経過後の密閉空間内部のガス圧低下量を測定することで、ガス漏れ検出を実施している最中に高電位回避制御を許可すると、燃料電池スタック２０が発電し、密閉空間内部の水素ガスを消費してしまうので、誤判定する可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、ガス漏れ検出を実施している最中における高電位回避制御を禁止するので、燃料電池スタック２０が発電することによる、密閉空間内部の水素ガス消費を抑制できるので、高精度なガス漏れ判定を実施することが可能になる。
【００９０】
尚、上述の実施形態では、燃料電池システム１０を車載電源システムとして用いる利用形態を例示したが、燃料電池システム１０の利用形態は、この例に限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０を燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】燃料電池スタックを構成するセルの分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係わる燃料電池システムの運転制御を示すタイミングチャートである。
【図４】スタック電圧の検出誤差を示すグラフである。
【図５】セル電圧のばらつきを示すグラフである。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの間欠停止を示すタイミングチャートである。
【図７】高電位回避制御の実行条件を示す説明図である。
【図８】回生制動の有無に応じて高電位回避制御をオン／オフ切り替えするための運転制御を示すタイミングチャートである。
【図９】走行モードと高電位回避電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】ガス漏れ検出の有無に応じて高電位回避制御をオン／オフ切り替えするための運転制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１０…燃料電池システム  ２０…燃料電池スタック  ３０…酸化ガス供給系  ４０…燃料ガス供給系  ５０…電力系  ６０…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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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