(57)【要約】【課題】ドライバビリティを損ねることなく、しかも触媒活性化処理中に発生する余剰電力が少なくなるように、燃料電池スタックの触媒活性化処理を実施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酸化ガス供給を停止するとともに燃料電池の出力電圧を使用上限電圧Ｖ１から還元電圧Ｖ３まで低下させることにより触媒活性化処理を実施する。酸化ガス不足により燃料電池の出力電圧がエアブロー電圧Ｖ４まで低下したところで、燃料電池システムは、酸化ガスを補給し、燃料電池の出力電圧を回復させる。【選択図】図３
2008192468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化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酸化ガス供給を停止するとともに前記燃料電池の出力電圧を低下させることにより触媒活性化処理を実施する制御手段と、
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、
蓄電装置を更に備え、
前記制御手段は、前記蓄電装置に充電可能な電力が所定値以下である場合には、触媒活性化処理を禁止する、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、
前記制御手段は、前記燃料電池システムを車載電源とする車両の走行速度が所定値以上のときに触媒活性化処理を禁止する、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、
前記燃料電池に燃料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における触媒活性化処理を禁止する、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、
前記制御手段は、前記燃料電池の出力性能が低下したときに、触媒活性化処理を実施する、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、
前記燃料電池の出力電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記燃料電池が発電した電力を充電するキャパシタと、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前記所定値未満である場合には、前記燃料電池の出力端子を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、前記燃料電池の出力電圧を前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって制御する一方、前記燃料電池に対する要求電力が前記所定値以上である場合には、前記燃料電池の出力端子を前記キャパシタに接続し、前記燃料電池が発電した電力を前記キャパシタに充電する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触媒活性化機能を有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】
この種の燃料電池システムでは、セル電圧が酸化電位（約０．７Ｖ〜１．０Ｖ）になる運転領域で電池運転を継続すると、触媒層の白金触媒表面への水酸化物の吸着により、活性化過電圧が増大するので、出力特性が低下することがある。このような事情に鑑み、特開２００５−３４６９７９号公報には、燃料電池スタックへの空気供給を停止するとともに、燃料電池スタックの出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータによって強制的に低下させ、セル電圧を還元電位（例えば０．６Ｖ以下）まで引き下げることにより、白金触媒表面から水酸化物を除去して触媒活性を回復する処理について言及されている。同文献には、触媒活性化処理により発生する余剰電力を補機用バッテリに充電することについても言及されている。
【特許文献１】特開２００５−３４６９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、燃料電池システムを車載電源とする燃料電池車両では、力行走行中に燃料電池スタックの出力電圧を強制的に引き下げることにより、触媒活性化処理を実施してしまうと、一時的にセル電圧が低下してしまうので、高負荷要求時におけるアクセル応答に追従した出力を得ることができない場合があり、ドライバビリティ（操縦性能）が著しく低下する虞がある。
【０００５】
また、燃料電池スタックへの反応ガス供給を継続したままの状態で、触媒活性化処理を実施するために燃料電池スタックの出力電圧を強制的に低下させると、蓄電装置に充電しきれない程の過大な余剰電力が触媒活性化処理中に発電される場合がある。過充電による蓄電装置の損傷を抑制するには、触媒活性化処理中に発生する余剰電力は、できるだけ少ない方が好ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、ドライバビリティを損ねることなく、しかも触媒活性化処理中に発生する余剰電力が少なくなるように、燃料電池の触媒活性化処理を実施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】
【０００７】
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、燃料ガス及び酸化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酸化ガス供給を停止するとともに燃料電池の出力電圧を低下させることにより触媒活性化処理を実施する制御手段とを備える。
【０００８】
燃料電池に対する発電要求が所定の閾値未満のときに、燃料電池への酸化ガス供給を停止して触媒活性化処理を実施することで、ドライバビリティを損ねることなく、しかも触媒活性化処理中に発生する余剰電力を少なくすることができる。
【０００９】
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、制御手段は、蓄電装置に充電可能な電力が所定値以下である場合には、触媒活性化処理を禁止する。
【００１０】
触媒活性化処理によって発電される余剰電力を蓄電装置に充電できない場合には、触媒活性化処理を禁止することで、蓄電装置の損傷を回避できる。
【００１１】
本発明に係わる燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料電池システムを車載電源とする車両の走行速度が所定値以上のときに触媒活性化処理を禁止する。
【００１２】
車両が走行状態にあるときは、触媒活性化処理を禁止することで、セル電圧低下に伴うドライバビリティの低下を抑制できる。
【００１３】
本発明に係わる燃料電池システムは、燃料電池に燃料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における触媒活性化処理を禁止する。
【００１４】
ガス漏れ検出中における触媒活性化処理を禁止することで、ガス漏れ精度の低下を回避できる。
【００１５】
本発明に係わる燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料電池の出力性能が低下したときに、触媒活性化処理を実施する。
【００１６】
触媒活性化処理が必要なときに触媒活性化処理を実施することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができ、触媒活性化処理を繰り返し実施することによる燃料電池の耐久性低下を回避できる。
【００１７】
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コンバータと、燃料電池が発電した電力を充電するキャパシタとを更に備える。制御手段は、燃料電池に対する要求電力が所定値未満である場合には、燃料電池の出力端子をＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、燃料電池の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータによって制御する一方で、燃料電池に対する要求電力が所定値以上である場合には、燃料電池の出力端子をキャパシタに接続し、燃料電池が発電した電力をキャパシタに充電する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池に対する発電要求が所定の閾値未満のときに、燃料電池への酸化ガス供給を停止して触媒活性化処理を実施することで、ドライバビリティを損ねることなく、しかも触媒活性化処理中に発生する余剰電力を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一の装置については同一の符号を示すものとし、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１に係わる燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００２３】
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、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。
【００２４】
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１５とが設けられている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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センサが取り付けられている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。）。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
さて、第１の運転モードでは、コントローラ７０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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
第２の運転モードでは、コントローラ７０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。
【００５４】
図４は触媒活性化処理の実行条件の概要を示す説明図である。
同図に示すように、燃料電池車両が停車中にあり、且つ運転モードが第１の運転モードにあるときには、触媒活性化処理の実施が許可される。
【００５５】
ここで、触媒活性化処理の詳細について説明する。燃料電池スタック２０では、上述の（１）式に示すように、アノード極２３で生成された水素イオンが電解質膜２２を透過してカソード極２４に移動する。カソード極２４に移動した水素イオンは、上述の（２）式に示すように、カソード極２４に供給されている酸化ガス中の酸素と電気化学反応を起こし、酸素の還元反応を生じさせる。その結果、触媒層２４ａの白金触媒表面を酸化皮膜が覆って反応抵抗（過電圧）が増大し、発電効率（出力特性）が低下する。触媒活性化処理は、セル電圧を還元電位まで引き下げることによって、酸化皮膜を還元し、触媒表面から酸化皮膜を取り除く処理である。より詳細には、各セルの電圧、即ち、燃料電池スタックの出力電圧を降下させることによって、出力電流を増加させ、触媒層２４ａにおける電気化学反応を酸化反応領域から還元反応領域に遷移させて触媒活性を回復させる。
【００５６】
尚、燃料電池車両が停車中にあり、且つ運転モードが第１の運転モードにあることは、触媒活性化処理を許可するための最低条件である。触媒活性化処理の実施が許可されるためには、システム運用の都合上、他の条件も加味することが望ましい（詳細については後述する。）。
【００５７】
図５は触媒活性化処理中の燃料電池スタック２０の出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【００５８】
上述の如く、燃料電池車両が停車中であり、且つ運転モードが第１の運転モードにあるときには、触媒活性化処理が実施される。触媒活性化処理では、コントローラ６０は、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給を継続したまま、酸化ガス供給を停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値を使用上限電圧Ｖ１から還元電圧Ｖ３へ直線的に漸減させる（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。還元電圧Ｖ３としては、白金触媒を被覆する酸化皮膜を還元することにより酸化皮膜を除去できる電圧範囲であることが必要であり、例えば一つのセルあたりにつき電圧が０．７Ｖ程度になるように設定するのが好適である。
【００５９】
尚、第１の運転モードでは、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給を停止するとともに酸化ガス供給をも停止するのが原則であるが、触媒活性化処理中では、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給を継続したまま、酸化ガス供給のみを停止する。これは、燃料ガス供給までも停止すると、セル２１が転極し、損傷を受ける可能性があるためである。
【００６０】
燃料電池スタック２０の出力電圧が還元電圧Ｖ３に達する時刻ｔ１１以降では、コントローラ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１への電圧指令値を還元電圧Ｖ３に維持する。ところが、触媒活性化処理中における燃料電池スタック２０への酸化ガス供給は停止されているので、燃料電池スタック２０の出力電圧は、還元電圧Ｖ３を維持することができなくなり、やがて発電停止に至る。すると、燃料電池スタック２０の出力電圧は次第に降下し始める。
【００６１】
そして、燃料電池スタック２０の出力電圧がエアブロー電圧Ｖ４まで低下する時刻ｔ１２では、コントローラ６０は、エアコンプレッサ３３を再駆動し、燃料電池スタック２０へ酸化ガスを補給する。エアブロー電圧Ｖ４としては、セル電圧が低くなり過ぎない程度の電圧範囲であることが必要であり、例えば一つのセルあたりに電圧が０．６５Ｖ程度になるように設定するのが好適である。
【００６２】
尚、酸化ガスを補給することにより、燃料電池スタック２０の出力電圧は上昇に転じるが、燃料電池スタック２０の出力電圧は、使用上限電圧Ｖ１を超えないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって制限される。
【００６３】
図６は触媒活性化処理の実行条件の詳細を示す説明図である。
同図に示すように、触媒活性処理の実施が許可されるためには、（Ａ１）車速がＶＣ１以下であること、（Ｂ１）運転モードが第１の運転モードにあること、（Ｃ１）バッテリ５２の充電能力ＷｉｎがＷ１以下であること、（Ｄ１）ガス漏れ検出の判定中でないこと、（Ｅ１）エアコンプレッサ３３が停止していること、の全ての条件が満たされていることが必要である。一方、触媒活性化処理の実施が禁止されるためには、（Ａ２）車速がＶＣ２以上であること、（Ｂ２）運転モードが第１の運転モード以外であること、（Ｃ２）バッテリ５２の充電能力ＷｉｎがＷ２以上であること、（Ｄ２）ガス漏れ検出の判定中であること、（Ｅ２）エアコンプレッサ３３が作動中であること、の何れかの条件が満たされることが必要である。
【００６４】
（車両走行状態）
触媒活性化処理では、燃料電池スタック２０の出力電圧を還元電圧Ｖ３まで低下させるので、この状態でアクセルオンし、運転モードを第１の運転モードから第２の運転モードに切り替える場合を想定すると、セル電圧が低下してしまっているので、高負荷要求時におけるアクセル応答に追従した出力を得ることができず、ドライバビリティが著しく低下する虞がある。そこで、触媒活性化処理を実施するためには、車両が停車状態にあることを必要条件とし、車両が走行状態にあるときには、触媒活性化処理の実施を禁止する。より詳細には、触媒活性化処理を実施するための必要条件として、車速がＶＣ１（例えば、０．５ｋｍ／ｈ）以下であることを条件とし、車速がＶＣ２（例えば、３．０ｋｍ／ｈ）以上である場合には、触媒活性化処理の実施を禁止する。
【００６５】
（運転モード）
触媒活性化処理の実施が許可されるためには、運転モードが第１の運転モードにあることが必要であり、運転モードが第１の運転モード以外のモード（例えば、第２の運転モード、システム起動中、システム停止中などの状態）にあるときには、触媒活性化処理は禁止される。第１の運転モードでは、燃料電池スタック２０への酸化ガス供給は停止されているので、触媒活性化処理を実施することにより、燃料電池スタック２０の出力電圧を強制的に引き下げても、発電電力（余剰電力）を最小限に抑えることができる。言い換えれば、第１の運転モード中に触媒活性化処理を実施することで、バッテリ５２への充電が過充電とならないように充電制御しつつ、燃料電池スタック２０の出力電圧を還元電位まで引き下げることができる。
【００６６】
（バッテリ充電能力）
触媒活性化処理中に燃料電池スタック２０にて発電される余剰電力の一部は補機類５５によって消費されるが、その大部分は、バッテリ５２に充電される。バッテリ５２の充電能力が低下していると、その余剰電力を十分に充電することができないので、触媒活性化処理の実施を禁止する。より詳細には、触媒活性化処理を実施するための条件として、バッテリ５２の充電能力がＷ１（例えば、−６ｋＷ）以下であることを条件とし、充電能力がＷ２（例えば、−５ｋＷ）以上のときには、触媒活性化処理の実施を禁止する。
【００６７】
（ガス漏れ判定）
遮断弁Ｈ３，Ｈ４を閉弁することにより、燃料ガス配管系内部に閉空間を形成し、その閉空間内部のガス圧変動を圧力センサ７４によって読み取ることにより、水素ガスが漏れているか否かを判定するためのガス漏れ検出を実施しているときに、触媒活性化処理を実施すると、燃料電池スタック２０による燃料ガスの消費によりガス漏れ検出を正確に実施できない虞がある。そこで、ガス漏れ検出を実施していないことを触媒活性化処理の必要条件とし、ガス漏れ判定を実施しているときには、触媒活性化処理の実施を禁止する。
【００６８】
（エアコンプレッサ）
エアコンプレッサ３３が作動している最中に触媒活性化処理を実施して、燃料電池スタック２０の出力電圧を引き下げると、燃料電池スタック２０による発電電力が増大してしまい、バッテリ５２を過充電する虞がある。そこで、エアコンプレッサ３３が停止していることを触媒活性化処理の必要条件とし、エアコンプレッサ３３が作動しているときには、触媒活性化処理の実施を禁止する。
【００６９】
尚、触媒活性化処理を実施するための条件は一例を示すものであり、本発明は、上記の例に限定されるものではない。触媒活性化処理の実施を許可又は禁止するための条件として、他の条件を追加してもよく、或いは上記の条件の内容を適宜変更してもよい。例えば触媒活性化処理を頻繁に繰り返すと、燃料電池スタック２０の耐久性が低下するので、Ｉ−Ｖ特性の低下が見られる等の理由により、触媒活性化処理が必要と判断されるときにのみ触媒活性化処理を実施するのが望ましい。
【００７０】
図７はセル電圧と酸化皮膜の吸着量との関係を示すグラフである。
このグラフに示すように、セル電圧が約０．７５Ｖ以上になる酸化領域では、セル電圧が高いい程、白金触媒に吸着する酸化皮膜の量が多くなる。また、セル電圧が酸化領域に滞在する時間が長くなる程、酸化皮膜の吸着量は多くなる。一方、セル電圧が約０．７５Ｖ以下になる還元領域では、セル電圧が低い程、白金触媒から剥離する酸化皮膜の量は多くなる。また、セル電圧が還元領域に滞在する時間が長くなる程、酸化皮膜の剥離量は多くなる。このため、同図に示すグラフに基づいて酸化領域では、正の時間積分を実施し、還元領域では、負の時間積分を実施することで、白金触媒に吸着している酸化皮膜の量を推定することができる。白金触媒に吸着する酸化皮膜の量が多くなると、電気化学反応に寄与する白金触媒の有効面積が減少するので、電流密度が上昇し、過電圧の増大を引き起こす。酸化皮膜の吸着量が所定の閾値を超えた時点で触媒活性化処理を実施することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができる。
【００７１】
図８は酸化皮膜の吸着量が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【００７２】
コントローラ６０は、前回の触媒活性化処理が実施された時点からの経過時間に基づいて酸化皮膜の吸着量を時間積分し（ステップ８０１）、吸着量が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップ８０２）。酸化皮膜の吸着量が所定の閾値を超えてない場合には（ステップ８０２；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ８０１〜８０２を繰り返し実行する。
【００７３】
酸化皮膜の吸着量が所定の閾値を超えたときには（ステップ８０２；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理の実施を許可するための条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが満たされているか否かを判定する（ステップ８０３）。条件（Ａ１）〜（Ｅ１）のうち何れか一つでも成立してないときには（ステップ８０３；ＮＯ）、ステップ８０１に戻る。一方、条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが成立しているときには（ステップ８０３；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理を実施する（ステップ８０４）。
【００７４】
尚、触媒活性化処理を実施している最中は、セル電圧は還元領域にあるので、触媒活性化処理の実施時間に応じて、酸化皮膜の吸着量は負の時間積分が実施される（ステップ８０１）。
【００７５】
図９は前回の触媒活性化処理から所定時間が経過したことを条件として触媒活性化処理を実施する第一の手順を示すフローチャートである。
【００７６】
コントローラ６０は、前回の触媒活性化処理からの経過時間が所定時間を越えたか否かを判定する（ステップ９０１）。前回の触媒活性処理からの経過時間が所定時間を越えていない場合には（ステップ９０１；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ９０１の判定を繰り返し実行する。
【００７７】
前回の触媒活性処理からの経過時間が所定時間を越えている場合には（ステップ９０１；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理の実施を許可するための条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが満たされているか否かを判定する（ステップ９０２）。条件（Ａ１）〜（Ｅ１）のうち何れか一つでも成立してないときには（ステップ９０２；ＮＯ）、ステップ９０１に戻る。一方、条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが成立しているときには（ステップ９０２；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理を実施し（ステップ９０３）、ステップ９０１の判定処理に戻る。
【００７８】
このように、前回の触媒活性化処理からの経過時間が所定時間を越えたことを条件として触媒活性化処理を実施することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができる。
【００７９】
図１０は前回の触媒活性化処理から所定時間が経過したことを条件として触媒活性化処理を実施する第二の手順を示すフローチャートである。
【００８０】
コントローラ６０は、前回の触媒活性化処理からの経過時間（又はタイマーリセットされてからの経過時間）が所定時間を越えたか否かを判定する（ステップ１００１）。前回の触媒活性処理からの経過時間（又はタイマーリセットされてからの経過時間）が所定時間を越えていない場合には（ステップ１００１；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ１００１の判定処理を繰り返し実行する。
【００８１】
前回の触媒活性処理からの経過時間が所定時間を越えている場合には（ステップ１００１；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、前回の触媒活性化処理の実施後において、セル電圧が還元領域まで降下したか否かを判定する（ステップ１００２）。
【００８２】
セル電圧が還元領域まで降下したことがある場合には（ステップ１００２；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、前回の触媒活性化処理からの経過時間を計測するタイマーをリセットする（ステップ１００３）。
【００８３】
セル電圧が還元領域まで降下したことがない場合には（ステップ１００２；ＮＯ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理の実施を許可するための条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが満たされているか否かを判定する（ステップ１００４）。条件（Ａ１）〜（Ｅ１）のうち何れか一つでも成立してないときには（ステップ１００４；ＮＯ）、ステップ１００１に戻る。一方、条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが成立しているときには（ステップ１００４；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理を実施し（ステップ１００５）、ステップ１００１の判定処理に戻る。
【００８４】
このように、前回の触媒活性化処理が実施されてからの経過時間が所定時間を越えた場合であっても、前回の触媒活性化処理の実施後においてセル電圧が還元領域まで降下したことがある場合には、触媒活性化処理の実施を省略することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができる。
【００８５】
図１１は白金触媒に酸化皮膜が吸着することに起因する燃料電池スタック２０のＩ−Ｖ特性の低下を示す説明図である。
【００８６】
燃料電池スタック２０を酸化領域で連続運転すると、白金触媒の表面に酸化皮膜が形成され過電圧が増大するので、Ｉ−Ｖ特性が低下する。例えば、理想状態での運転ポイントをＯＰ（Ｉ，Ｖ）とすると、白金触媒の表面に酸化皮膜が形成された状態での運転ポイントはＯＰ'（Ｉ，Ｖ−ΔＶ）となり、電流Ｉを燃料電池スタック２０から掃引したときの出力電圧はΔＶだけ低下する。そこで、燃料電池スタック２０の出力特性の低下量ΔＶが所定の閾値を超えた時点で触媒活性化処理を実施するのが好ましい。
【００８７】
図１２は燃料電池スタック２０の出力特性の低下量が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【００８８】
コントローラ６０は、燃料電池スタック２０の出力特性の低下量ΔＶが所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップ１２０１）。低下量ΔＶが所定の閾値を超えてない場合には（ステップ１２０１；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ１２０１の判定処理を繰り返し実行する。
【００８９】
低下量ΔＶが所定の閾値を超えている場合には（ステップ１２０１；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理の実施を許可するための条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが満たされているか否かを判定する（ステップ１２０２）。条件（Ａ１）〜（Ｅ１）のうち何れか一つでも成立してないときには（ステップ１２０２；ＮＯ）、ステップ１２０１に戻る。一方、条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが成立しているときには（ステップ１２０２；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理を実施し（ステップ１２０３）、ステップ１２０１の判定処理に戻る。
【００９０】
このように、燃料電池スタック２０の出力特性の低下量ΔＶが所定の閾値を超えた時点で触媒活性化処理を実施することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができる。
【００９１】
図１３は燃料電池スタック２０の過電圧を示す説明図である。
同図に示すように、過電圧は、活性化過電圧ηa、濃度過電圧ηc及び抵抗過電圧ηrから成る。活性化過電圧とは、基底状態にある水素ガス及び酸素ガスのそれぞれを活性化するために消費されるエネルギーである。濃度化電圧とは、電極上での反応によって平衡がずれ、反応系、生成系がともに濃度差を生じ、拡散移動を起こすときに消費されるエネルギーである。抵抗過電圧とは、高分子電解質膜２２、アノード極２３、カソード極２４、及びセパレータ２６，２７自身の電気抵抗、及びこれらの接触抵抗を総称するものである。これら各過電圧は、（４）〜（６）式より演算できる。
ηa＝ａ−ｂ×ｌｏｇＩ  …（４）
ηc＝ｂ×ｌｏｇ（１−Ｉ／ＩL）  …（５）
ηr＝ＩＲ  …（６）
ここで、ａ，ｂは定数、Ｒは抵抗値、Ｉは電流密度、ＩLは限界電流密度である。
【００９２】
燃料電池スタック２０を酸化領域で連続運転すると、白金触媒の表面に酸化皮膜が形成され、活性化過電圧が増大するので、活性化過電圧が所定の閾値を超えた時点で触媒活性化処理を実施するのが好ましい。
【００９３】
図１４は燃料電池スタック２０の活性化過電圧が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【００９４】
コントローラ６０は、燃料電池スタック２０の活性化過電圧が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップ１４０１）。活性化過電圧が所定の閾値を超えてない場合には（ステップ１４０１；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ１４０１の判定処理を繰り返し実行する。
【００９５】
活性化過電圧が所定の閾値を超えている場合には（ステップ１４０１；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理の実施を許可するための条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが満たされているか否かを判定する（ステップ１４０２）。条件（Ａ１）〜（Ｅ１）のうち何れか一つでも成立してないときには（ステップ１４０２；ＮＯ）、ステップ１４０１に戻る。一方、条件（Ａ１）〜（Ｅ１）の全てが成立しているときには（ステップ１４０２；ＹＥＳ）、コントローラ６０は、触媒活性化処理を実施し（ステップ１４０３）、ステップ１４０１の判定処理に戻る。
【００９６】
このように、燃料電池スタック２０の活性化過電圧が所定の閾値を超えた時点で触媒活性化処理を実施することで、触媒活性化処理の実施回数を必要最小限に抑えることができる。
【実施例２】
【００９７】
図１５は実施例２に係わる燃料電池システム１１のシステム構成を示す。燃料電池システム１１は、主電源としての燃料電池スタック２０に並列にキャパシタ５７を接続し、燃料電池スタック２０が発電する電力又は回生制動時にトラクションモータ５４が回収する回生電力をキャパシタ５７に充電するキャパシタシステムとして構成されている。急加速などパワーが必要とされるときには、キャパシタ５７から瞬時に電力を取り出すことで、出力特性に優れたシステム構成を実現している。
【００９８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５６の一次側は、燃料電池スタック２０の出力端子に接続されており、その二次側は、キャパシタ５７及びトラクションインバータ５３のそれぞれに並列に接続されている。第１の運転モードにて運転制御するときには、コントローラ６０は、リレー５８をオフにし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６によって燃料電池スタック２０の出力電圧を制御する。そして、第１の運転モードから第２の運転モードに切り替えるときは、燃料電池スタック２０の出力電圧がキャパシタ５７の電圧よりも低くなることを条件として、コントローラ６０は、リレー５８をオンにし、燃料電池スタック２０とキャパシタ５７とを並列に接続する。
【００９９】
尚、実施例２に係わる燃料電池システム１１における触媒活性化処理は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【０１００】
図１６は実施例３に係わる燃料電池システム１２のシステム構成を示す。実施例１に係わ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のに対し、実施例３に係わる燃料電池システム１２は、主電源としての燃料電池スタック２０に対してＤＣ／ＤＣコンバータ５１とトラクションインバータ５３とが直列に接続されるシリーズハイブリッドシステムとして構成されている点において、両者は相違する。
【０１０１】
尚、実施例３に係わる燃料電池システム１２における触媒活性化処理は、実施例１と同様である。
【０１０２】
尚、上述の各実施例では、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】
【０１０３】
【図１】実施例１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】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】触媒活性化処理の実行条件の概要を示す説明図である。
【図５】触媒活性化処理中の燃料電池スタックの出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】触媒活性化処理の実行条件の詳細を示す説明図である。
【図７】セル電圧と酸化皮膜の吸着量との関係を示すグラフである。
【図８】酸化皮膜の吸着量が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【図９】前回の触媒活性化処理から所定時間が経過したことを条件として触媒活性化処理を実施する第一の手順を示すフローチャートである。
【図１０】前回の触媒活性化処理から所定時間が経過したことを条件として触媒活性化処理を実施する第二の手順を示すフローチャートである。
【図１１】白金触媒に酸化皮膜が吸着することに起因する燃料電池スタックのＩ−Ｖ特性の低下を示す説明図である
【図１２】燃料電池スタックの出力特性の低下量が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【図１３】燃料電池スタックの過電圧を示す説明図である。
【図１４】燃料電池スタックの活性化過電圧が所定の閾値を超えたことを条件として触媒活性化処理を実施する手順を示すフローチャートである。
【図１５】実施例２に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１６】実施例３に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０，１１，１２…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】
2008192468.tif 000003
【図２】
2008192468.tif 000004
【図３】
2008192468.tif 000005
【図４】
2008192468.tif 000006
【図５】
2008192468.tif 000007
【図６】
2008192468.tif 000008
【図７】
2008192468.tif 000009
【図８】
2008192468.tif 000010
【図９】
2008192468.tif 000011
【図１０】
2008192468.tif 000012
【図１１】
2008192468.tif 000013
【図１２】
2008192468.tif 000014
【図１３】
2008192468.tif 000015
【図１４】
2008192468.tif 000016
【図１５】
2008192468.tif 000017
【図１６】
2008192468.tif 000018