(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池のアノード極の触媒酸化を抑制すべく前記燃料電池に所定の保護電流を印加するアノード極保護処理の実施判断を行うアノード極保護実施判断処理を含み、
前記アノード極保護実施判断処理では、
前記燃料電池のアノード極反応抵抗を検知し得るアノード感応周波数における前記燃料電池の内部インピーダンスを取得し、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに基づいて、前記アノード極保護処理を実行するか否かを判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード感応周波数は、前記アノード極反応抵抗の変化による前記内部インピーダンスの変化量が、所定値以上となる周波数である、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード感応周波数は、
前記アノード極反応抵抗の変化による前記内部インピーダンスの変化量が、該アノード極反応抵抗以外の内部インピーダンス構成要素の変化による前記内部インピーダンスの変化量と比べて大きくなる周波数である、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記内部インピーダンス構成要素は、前記燃料電池のカソード極反応抵抗を含み、
前記アノード感応周波数は、
前記内部インピーダンスを表すスペクトルデータにおいて、前記アノード極反応抵抗に相関する２つのピークの内の少なくとも一方に対応する周波数を含む、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード感応周波数は、
前記アノード極反応抵抗に相関する２つのピークの内、前記カソード極反応抵抗に相関するピークに近い低周波数側のピークに対応する周波数を含む、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理では、
さらに、前記アノード感応周波数を特定するアノード感応周波数特定処理を実行する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理では、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに基づいて、前記アノード極反応抵抗を推定し、
推定した前記アノード極反応抵抗が所定の閾値よりも高い場合に、前記アノード極保護処理を実行すると判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理では、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに基づいて、前記アノード極反応抵抗を推定し、
推定した前記アノード極反応抵抗の所定の基準値に対する増加倍率を演算し、
前記増加倍率が所定の閾値よりも高い場合に、前記アノード極保護処理を実行すると判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理において前記アノード極保護処理を実行すると判断された場合に、前記保護電流を調節する保護電流調節処理を含み、
前記保護電流調節処理では、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに基づいて推定した前記アノード極反応抵抗又は該推定したアノード極反応抵抗の所定の基準値に対する増加倍率と所定の閾値との差に基づいて前記保護電流の大きさを決定する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理では、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに加えて前記燃料電池の温度を考慮して、前記アノード極保護処理を実行するか否かを判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記アノード極保護実施判断処理を、前記燃料電池の運転の停止時及び前記燃料電池の起動時の少なくともいずれかに実行する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池と、
前記燃料電池のアノード極の触媒酸化を抑制するための保護電流を前記燃料電池に印加する保護電流印加装置と、
前記燃料電池の内部インピーダンスを計測するインピーダンス計測装置と、
前記インピーダンス計測装置により計測された前記内部インピーダンスに基づいて前記保護電流印加装置を制御して前記保護電流を印加させるアノード極保護処理を実行するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記燃料電池のアノード極反応抵抗を検知し得るアノード感応周波数で計測された前記内部インピーダンスを前記インピーダンス計測装置から取得し、
前記アノード感応周波数における前記内部インピーダンスに基づいて、前記アノード極保護処理を実行するか否かを判断するアノード極保護実施判断処理を行うようにプログラムされた、
燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、さらに、前記アノード感応周波数を特定する処理を行うようにプログラムされた、
燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、さらに、前記燃料電池の運転の停止指令及び前記燃料電池の起動指令の少なくともいずれかを受信したときに、前記アノード極保護実施判断処理を行うようにプログラムされた、
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、燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型の燃料電池を備える燃料電池システムでは、燃料電池の起動時などに、アノード極触媒の酸化劣化を防止するなどの観点から所定のアノード極保護処理が行われる。アノード極保護処理の一例として、ＪＰ２０１４−５２３０８１Ａには、システム停止時に燃料電池スタックに逆電流（保護電流）を印加するＥＡＰ（Electric Anode Protection）処理が提案されている。【０００３】
さらに、ＪＰ２０１４−５２３０８１Ａの燃料電池システムでは、燃料電池スタックの直流信号に高周波の交流信号を重畳することで得られたスタックの抵抗情報に基づいて、スタック温度を推定し、推定されたスタック温度情報に基づいてＥＡＰ処理の設定電流を調節している。
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、ＥＡＰ処理は、アノード極触媒の酸化劣化を防止する方法として有効であるものの、電力消費が大きい。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、アノード極触媒の酸化劣化を抑制しつつも電力消費を抑制できる燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法が提供される。この燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のアノード極の触媒酸化を抑制すべく燃料電池に所定の保護電流を印加するアノード極保護処理の実施判断を行うアノード極保護実施判断処理を含む。そして、アノード極保護実施判断処理では、燃料電池のアノード極反応抵抗を検知し得るアノード感応周波数における燃料電池の内部インピーダンスを取得し、アノード感応周波数の内部インピーダンスに基づいて、アノード極保護処理を実行するか否かを判断する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図２は、一実施形態による燃料電池スタックのＤＲＴスペクトルを模式的に示した図である。
【図３】図３は、一実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、一実施形態によるアノード感応周波数の特定方法を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、燃料電池スタックのＤＲＴスペクトルの一例を示す。
【図６】図６は、一実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、一実施形態によるアノード感応周波数の特定方法を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、一実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】図９は、一実施形態によるＥＡＰ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、燃料電池スタックのＤＲＴスペクトルにおけるアノード極反応抵抗ピーク位置の温度依存性を説明する図である。
【図１１】図１１は、一実施形態によるアノード感応周波数の特定の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、先ず、以下で説明する第１〜第５実施形態に共通するシステム構成について初めに説明する。
【０００９】
（システム構成）
図１は、本実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、アノードガスとしての燃料ガス（水素ガス）及びカソードガスとしての空気の供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池スタック１０を備える固体酸化物型燃料電池システムであり、車両等に搭載される。
【００１１】
燃料電池スタック１０は、複数の固体酸化物型燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）を積層した積層電池である。積層電池を構成する各固体酸化物型燃料電池（燃料電池セル）は、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、水素及び炭化水素等を含む燃料ガスが供給されるアノード電極と、空気が供給されるカソード電極により挟み込むことにより構成されている。
【００１２】
また、燃料電池スタック１０のアノード電極内には、アノード入口１０ａから供給される燃料ガスが通過し、使用後のアノード排ガスをアノード出口１０ｃから排出するアノード流路（アノード極通路）が形成されている。また、燃料電池スタック１０のカソード電極内には、カソード入口１０ｂから供給される空気が通過し、使用後のカソードオフガスをカソード出口１０ｄから排出するカソード流路（カソード極通路）が形成されている。
【００１３】
また、燃料電池スタック１０には、その温度（以下、「スタック温度Ｔｓ」とも記載する）を検出するスタック温度センサ１２が設けられている。スタック温度センサ１２は、検出したスタック温度Ｔｓの信号をコントローラ８０に送信する。
【００１４】
さらに、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０に燃料ガスを供給する燃料供給機構２０と、燃料ガスと空気を燃焼させる起動燃焼機構３０と、燃料電池スタック１０に空気を供給する空気供給機構４０と、燃料電池スタック１０から排出されたアノード排ガス及びカソード排ガスを排気する排気機構５０と、燃料電池スタック１０との間で電力の入出力を行う電力機構６０と、燃料電池システム１００全体の動作を統括的に制御するコントローラ８０を備えている。
【００１５】
燃料供給機構２０は、燃料供給通路２１と、燃料タンク２２と、フィルタ２３と、ポンプ２４と、インジェクタ２５と、蒸発器２６と、熱交換器２７と、改質器２８と、調圧弁２９と、を備えている。
【００１６】
燃料供給通路２１は、燃料タンク２２と、燃料電池スタック１０のアノード入口１０ａとを接続する通路である。
【００１７】
燃料タンク２２は、例えばエタノールと水を混合させた改質用の液体燃料を蓄える容器である。
【００１８】
フィルタ２３は、燃料タンク２２とポンプ２４との間の燃料供給通路２１に配置される。フィルタ２３は、ポンプ２４に吸引される前の改質用燃料に含まれる異物等を除去する。
【００１９】
ポンプ２４は、燃料タンク２２よりも下流側の燃料供給通路２１に設けられる。ポンプ２４は、燃料タンク２２内に蓄えられた改質用燃料を吸引し、当該燃料をインジェクタ２５等に供給する。なお、ポンプ２４の出力制御をコントローラ８０により実行することもできる。
【００２０】
インジェクタ２５は、ポンプ２４と蒸発器２６との間の燃料供給通路２１に配置される。インジェクタ２５は、ポンプ２４から供給された燃料を蒸発器２６内に噴射供給する。
【００２１】
蒸発器２６は、インジェクタ２５よりも下流側の燃料供給通路２１に設けられる。蒸発器２６は、インジェクタ２５から供給された燃料を気化させ、熱交換器２７に供給する。蒸発器２６は、後述する排気燃焼器５３から排出される排気の熱を利用して燃料を気化させる。
【００２２】
熱交換器２７は、蒸発器２６よりも下流側の燃料供給通路２１に設けられ、排気燃焼器５３に隣接するように配置される。熱交換器２７は、排気燃焼器５３から伝達してくる熱を利用し、蒸発器２６において気化した燃料をさらに加熱する。
【００２３】
調圧弁２９は、蒸発器２６と熱交換器２７との間の燃料供給通路２１に設けられる。調圧弁２９は、熱交換器２７に供給される気化燃料の圧力を調整する。調圧弁２９の開度はコントローラ８０によって制御される。
【００２４】
改質器２８は、熱交換器２７と燃料電池スタック１０との間の燃料供給通路２１に設けられる。改質器２８は、当該改質器２８内に設けられた触媒を用いて熱交換器２７からの燃料を改質する。熱交換器２７からの燃料は、改質器２８での触媒反応により、水素や炭化水素、一酸化炭素等を含む燃料ガスに改質される。このように改質された燃料ガスは、高温状態のまま燃料電池スタック１０のアノード入口１０ａを介してアノード極通路内に供給される。
【００２５】
なお、燃料供給通路２１は、当該燃料供給通路２１から分岐する分岐路７１，７２を備える。分岐路７１は、ポンプ２４とインジェクタ２５との間の燃料供給通路２１から分岐し、拡散燃焼器３１に燃料を供給するインジェクタ７１Ａに接続する。分岐路７１には、当該分岐路７１を開閉する開閉弁７１Ｂが設けられている。また、インジェクタ７１Ａには、液体燃料を気化させるための加熱装置として電気ヒータ７１Ｃが設置されている。
【００２６】
分岐路７２は、ポンプ２４とインジェクタ２５との燃料供給通路２１から分岐し、触媒燃焼器３２に燃料を供給するインジェクタ７２Ａに接続する。分岐路７２には、当該分岐路７２を開閉する開閉弁７２Ｂが設けられている。
【００２７】
上述した開閉弁７１Ｂ，７２Ｂは、例えば燃料電池システム１００の起動時や停止時において、コントローラ８０によって開閉制御される。
【００２８】
次に、空気供給機構４０及び起動燃焼機構３０について説明する。
【００２９】
空気供給機構４０は、空気供給通路４１と、フィルタ４２と、空気ブロア４３と、熱交換器４４と、スロットル４５と、を備えている。また、起動燃焼機構３０は、拡散燃焼器３１及び触媒燃焼器３２と、を備えている。
【００３０】
空気供給通路４１は、空気ブロア４３と、燃料電池スタック１０のカソード入口１０ｂとを接続する通路である。
【００３１】
空気ブロア４３は、フィルタ４２を通じて外気（空気）を取り入れ、取り入れた空気をカソードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。なお、空気ブロア４３の出力をコントローラ８０により制御することも可能である。なお、フィルタ４２は、空気ブロア４３に取り込まれる前の空気に含まれる異物を除去する。
【００３２】
熱交換器４４は、空気ブロア４３よりも下流側の空気供給通路４１に設けられる。熱交換器４４は、排気燃焼器５３から排出された排気の熱を利用して、空気を加熱する装置である。熱交換器４４で加熱された空気は、拡散燃焼器３１に供給される。
【００３３】
スロットル４５は、空気ブロア４３と熱交換器４４との間の空気供給通路４１に設けられている。スロットル４５の開度は、例えば燃料電池スタック１０で要求される空気流量などに応じて、コントローラ８０によって調節される。
【００３４】
拡散燃焼器３１は、空気供給通路４１において熱交換器４４よりも下流側に配置される。拡散燃焼器３１には、例えば燃料電池システム１００の起動時の暖機運転時に気化した燃料ガス及び空気ブロア４３からの空気が供給される。具体的に、分岐路７１のインジェクタ７１Ａを介して噴射された燃料が、電気ヒータ７１Ｃにより加熱されて気化して燃料ガスとなり、この燃料ガスが拡散燃焼器３１に供給される。一方、空気ブロア４３からの空気は、熱交換器４４で加熱された状態で拡散燃焼器３１に供給される。そして、拡散燃焼器３１では、供給された燃料ガス及び空気の混合ガスを、図示しない着火装置で着火して燃焼させる。すなわち、拡散燃焼器３１は、触媒燃焼器３２に高温の燃焼ガス（予熱用燃焼ガス）を供給する予熱バーナとして機能する。
【００３５】
なお、燃料電池システム１００の起動時以外の通常運転時等においては、燃料の供給及び着火装置の作動が停止され、空気ブロア４３から供給された空気は拡散燃焼器３１を通過して触媒燃焼器３２に供給される。
【００３６】
触媒燃焼器３２は、拡散燃焼器３１と燃料電池スタック１０との間の空気供給通路４１に設けられる。触媒燃焼器３２は内部に触媒を備えており、当該触媒を用いて高温の燃焼ガスを生成する装置である。
【００３７】
触媒燃焼器３２には、例えば燃料電池スタック１０の起動時において、空気供給通路４１からのガス（空気及び予熱用燃焼ガス）と、分岐路７２のインジェクタ７２Ａを介して噴射された燃料が供給される。触媒燃焼器３２の触媒は予熱用燃焼ガスにより加熱され、加熱された触媒上で空気と燃料が燃焼して燃焼ガスが生成される。
【００３８】
燃焼ガスは、酸素をほとんど含まない高温の不活性ガスであって、燃料電池スタック１０に供給され、当該燃料電池スタック１０等を加熱する。これにより、燃料電池スタック１０の温度を所望の運転温度まで上昇させることができる。なお、暖機運転以外の通常運転においては、触媒燃焼器３２への燃料供給は停止される。したがって、この場合、空気ブロア４３から供給された空気は触媒燃焼器３２を通過して燃料電池スタック１０に供給される。
【００３９】
次に、排気機構５０について説明する。排気機構５０は、アノード排ガス排出通路５１と、カソード排ガス排出通路５２と、排気燃焼器５３と、合流排気通路５４等を備えている。
【００４０】
アノード排ガス排出通路５１は、燃料電池スタック１０内のアノード出口１０ｃと排気燃焼器５３のアノード側入口部とを接続する。アノード排ガス排出通路５１は、燃料電池スタック１０の燃料流路から排出される燃料ガスを含むアノード排ガスを流す通路である。
【００４１】
カソード排ガス排出通路５２は、燃料電池スタック１０内のカソード出口１０ｄと排気燃焼器５３のカソード側入口部とを接続する。カソード排ガス排出通路５２は、燃料電池スタック１０内のカソード流路から排出されるカソード排ガスを流す通路である。
【００４２】
排気燃焼器５３では、アノード排ガス排出通路５１からのアノード排ガス及びカソード排ガス排出通路５２からのカソード排ガスを合流させ、これらを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする排気を生成する。
【００４３】
排気燃焼器５３は熱交換器２７と隣接して配置されているため、排気燃焼器５３の触媒燃焼による熱は熱交換器２７に伝達される。このように熱交換器２７に伝達された熱は、改質器２８へ供給される燃料を加熱するために使用される。
【００４４】
排気燃焼器５３のガス出口部（下流端）には、合流排気通路５４が接続されている。排気燃焼器５３から排出された排気は、合流排気通路５４を通じて、燃料電池システム１００の外部に排出される。合流排気通路５４は蒸発器２６及び熱交換器４４を通過するように構成されており、蒸発器２６及び熱交換器４４は合流排気通路５４を通過する排気により加熱される。
【００４５】
次に、電力機構６０について説明する。電力機構６０は、保護電流印加装置として機能するＤＣＤＣコンバータ６１と、バッテリ６２と、駆動モータ６３と、インピーダンス計測装置６４と、電流センサ６５と、電圧センサ６６と、を備えている。
【００４６】
ＤＣＤＣコンバータ６１は、燃料電池スタック１０に電気的に接続され、燃料電池スタック１０の出力電圧を昇圧してバッテリ６２や駆動モータ６３に電力を供給する。バッテリ６２は、ＤＣＤＣコンバータ６１から供給された電力を充電したり、駆動モータ６３に電力を供給したりするよう構成されている。
【００４７】
また、本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ６１は、コントローラ８０からの指令に基づいて、燃料電池スタック１０の運転（発電）を停止させる際などのアノード極が酸化雰囲気になり得るシーンにおいて、バッテリ６２から燃料電池スタック１０に対して、発電で得られる電流と逆向きの電流である所望の大きさの逆電流（ＥＡＰ電流）を印加する。
【００４８】
この保護電流を印加する処理は、アノード極の酸化劣化を抑制する目的で実行されるアノード極保護処理（以下、「ＥＡＰ処理」とも記載する）である。すなわち、ＤＣＤＣコンバータ６１は、保護電流印加装置として機能する。なお、本実施形態において、ＤＣＤＣコンバータ６１は、コントローラ８０により制御される。
【００４９】
駆動モータ６３は、三相交流モータであって、車両の動力源として機能する。駆動モータ６３は、図示しないインバータを介してバッテリ６２及びＤＣＤＣコンバータ６１に接続されている。また、この駆動モータ６３は、車両の制動時には回生電力を発生させ、この回生電力は例えばバッテリ６２の充電に利用される。
【００５０】
インピーダンス計測装置６４は、燃料電池スタック１０の出力電圧及び出力電流に基づいて燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺを計測する装置である。具体的に、インピーダンス計測装置６４は、燃料電池スタック１０に所定周波数の交流信号を印加し、燃料電池スタック１０の出力に含まれる交流信号（交流電圧及び交流電流）に基づいて内部インピーダンスＺを算出する。そして、インピーダンス計測装置６４は、計測した内部インピーダンスＺをコントローラ８０に出力する。
【００５１】
電流センサ６５は、燃料電池スタック１０の出力電流を検出する。電圧センサ６６は、燃料電池スタック１０の出力電圧、つまりアノード電極側端子とカソード電極側端子の間の端子間電圧を検出する。
【００５２】
そして、システム全体の動作を統括的に制御するコントローラ８０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ８０は、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム１００を制御するための処理を実行する。
【００５３】
コントローラ８０には、スタック温度センサ１２、インピーダンス計測装置６４、電流センサ６５、及び電圧センサ６６等の各種計測装置及びセンサからの信号の他、外気温度を検出する外気温度センサ９０、ＥＶキーの操作信号を検出するＥＶキースイッチ操作信号検出センサ９１、及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ９２等の車両状態を検出する外部センサからの信号が入力される。そして、コントローラ８０はこれら信号に基づいて各種弁やインジェクタの開度制御やＤＣＤＣコンバータ６１等の各アクチュエータの制御を行う。
【００５４】
そして、コントローラ８０は、各種計測装置及びセンサからの検出値及び燃料電池スタック１０の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１０の発電電力目標値を算出し、当該発電電力目標値を実現できるように燃料電池スタック１０への燃料ガス及び空気の供給量を調節すべく各種弁やインジェクタ等のアクチュエータを制御する。
【００５５】
特に、本実施形態では、コントローラ８０は、燃料電池スタック１０のアノード極反応抵抗を検知し得るアノード感応周波数における内部インピーダンスＺをインピーダンス計測装置６４から取得する。
【００５６】
そして、コントローラ８０は、取得した内部インピーダンスＺに基づいて、アノード極の触媒の酸化を抑制するアノード極保護処理を実行するか否かを判断するアノード極保護実施判断処理を行う。このアノード極保護実施判断処理については後に詳細に説明する。
【００５７】
ここで、本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法に至る前提技術について説明する。
【００５８】
燃料電池１０において、スタック温度Ｔｓが所定の酸化劣化点（例えば４００℃〜５００℃の間の所定温度）を越えた状態で、アノード極内の酸素濃度が高くなると、アノード極に含まれる触媒を構成するニッケルが酸化して酸化ニッケルを生成する反応（以下では、「アノード触媒酸化反応」とも記載する）が生じる。
【００５９】
アノード触媒酸化反応が進行すると、アノード極の触媒微粒子構造が変化して劣化する不可逆劣化が起こり、燃料電池スタック１０の出力性能に影響を及ぼす。また、酸化ニッケルの生成によってアノード極の触媒体積が膨張するので、膨張した触媒が電解質膜にクラックを発生させ、電解質の絶縁低下やクロスリークといった不可逆劣化により燃料電池スタック１０の出力が低下する恐れがある。  
【００６０】
アノード触媒酸化反応は、燃料電池スタック１０の発電を開始する起動時や発電を停止する運転停止時等に特に懸念される。例えば、燃料電池スタック１０の運転停止時に行われる運転停止処理においては、スタック温度Ｔｓが発電に適する運転温度（例えば７００℃〜９００℃）に近く、上記酸化劣化点を越えている状態が想定される。
【００６１】
一方で、運転停止処理中は、燃料電池スタック１０のアノード極への燃料ガスの供給が停止されるか、少なくとも供給流量が減少する。これにより、アノード極内の圧力が低下して外気（空気）が合流排気通路５４からアノード排ガス排出通路５１を介してアノード極に逆流し、アノード極内の酸素濃度が増加してアノード触媒酸化反応が助長される。
【００６２】
また、運転停止処理中には、アノード極への燃料ガスの供給流量が減少しつつも、冷却などの目的でカソード極への空気供給が継続されることがある。この場合、アノード極内の圧力が低下しているにもかかわらず、カソード極内の圧力は大きく低下していないという状況となる。したがって、アノード極とカソード極との間の差圧が大きくなり、カソード極内からアノード極内へ空気が拡散するいわゆる逆拡散が発生しやすくなる。この逆拡散によっても、アノード極内の酸素濃度が増加してアノード触媒酸化反応が助長される。
【００６３】
したがって、従来では、運転停止時にＥＡＰ処理を行い、アノード触媒酸化反応を抑制するようにしている。しかしながら、ＥＡＰ処理は電力を消費するため、可能な限り実行しないか、実行する場合であってもＥＡＰ電流を低くすることが望まれる。
【００６４】
ここで、例えばＪＰ２０１４−５２３０８１Ａに開示された従来の燃料電池システムでは、燃料電池スタックの直流信号に高周波の交流信号を重畳することで得られたスタックの抵抗情報（内部インピーダンス）に基づいて、スタック温度Ｔｓを推定し、推定したスタック温度Ｔｓに応じてＥＡＰ電流を調節していた。
【００６５】
一方で、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺには、計測に用いる交流信号の周波数（以下、「計測周波数」とも記載する）に応じて、アノード極反応抵抗及びアノード極の拡散抵抗、カソード極反応抵抗及びカソード極の拡散抵抗、及び固体電解質の情報などの種々の要素（以下では、「内部インピーダンス構成要素」とも記載する）が含まれる。
【００６６】
そして、各内部インピーダンス構成要素は、計測周波数ごとに異なる応答性（感度）を示す。すなわち、内部インピーダンス構成要素に応じて、内部インピーダンスの値に影響を強く影響を与える周波数が異なる。より詳細には、内部インピーダンス構成要素の種類に応じて、高周波数に対する感度が高いものや、低周波数に対する感度が高いものが様々存在する。
【００６７】
例えば、数十ｋＨｚ以上の高周波数帯の内部インピーダンスには、アノード極やカソード極の基板の状態、及びアノード極やカソード極と電解質の間の接触抵抗等の内部インピーダンス構成要素の影響が強くなる。一方で、スタック温度Ｔｓは、この高周波数帯の周波数に対して感度が高い内部インピーダンス構成要素と必ずしも厳密に対応しているわけではない。
【００６８】
したがって、高周波数の内部インピーダンスで推定したスタック温度ＴｓによってＥＡＰ電流を調節しても、ＥＡＰ電流が不足して適切にアノード触媒酸化反応を抑制できない恐れがある。また、逆に、ＥＡＰ電流がアノード触媒酸化反応を抑制するために適切な実際の要求よりも高く設定され、電力消費が過剰となることが考えられる。
【００６９】
これに対して、本実施形態では、アノード極反応抵抗を検知し得る周波数であるアノード感応周波数を特定し、このアノード感応周波数の内部インピーダンスに基づいて、ＥＡＰ処理を実行するか否かを判断するアノード極保護実施判断処理を行うことで上記問題を解決する。以下では、その詳細に説明する。
【００７０】
図２は、アノード感応周波数を含む周辺の周波数帯における燃料電池スタック１０のＤＲＴ（Distribution of Relaxation Time）スペクトルを模式的に示した図である。特に、図２においては、アノード極内の酸化雰囲気の程度（アノード極の触媒酸化進行度）ごとの各ＤＲＴスペクトル曲線を示す。具体的に、アノード酸化度が最も小さい場合のスペクトル曲線Ｃ１を破線で示し、アノード酸化度が次に小さい場合のスペクトル曲線Ｃ２を点線で示し、アノード酸化度が最も大きい場合のスペクトル曲線Ｃ３を実線で示す。
【００７１】
なお、以下では、説明の簡略化のため、「周波数」と「角周波数」を同一視して、厳密には「角周波数」を意味する場合であってもこれを「周波数」と称する。
【００７２】
燃料電池スタック１０のＤＲＴスペクトルは、燃料電池スタック１０に対してＤＲＴ解析（緩和時間分布法）を実行することで得られる緩和時間（周波数の逆数）に応じた内部インピーダンスＺのスペクトルである。
【００７３】
ＤＲＴ解析の詳細については、例えば『SOFC Moderlling and Parameter Identification』（Andre Leonide，Yannick Apel，Ellen Ivers-Tiffee共著 The Electrochemical Society  ２００９年５月１日）等に開示されている。なお、以下では、当該文献を単に「非特許文献１」と称する。
【００７４】
ＤＲＴ解析においては、所定周波数域（例えば、１０ｋＨｚ〜０．１Ｈｚ）における複数の周波数における内部インピーダンス計測値から緩和時間の分布（周波数の分布）を演算し、当該演算値を適切な等価回路を用いて複素非線形最小二乗法（Complex non-linear least squares法）によりフィッティングする。これにより、ＤＲＴｇ（ｆ）を演算することができ、図２に示す燃料電池スタック１０のＤＲＴスペクトルが得られる。
【００７５】
ＤＲＴ解析により得られるＤＲＴスペクトルでは、種々の内部インピーダンス構成要素の情報が、それぞれの緩和時間の違いに応じて、すなわち感応周波数の違いに応じて表示されることとなる。特に図２に示すＤＲＴスペクトルでは、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数範囲の間に、主な内部インピーダンス構成要素としてのアノード極反応抵抗及びカソード極反応抵抗が含まれている。
【００７６】
より具体的に、図２のＤＲＴスペクトルは、カソード極反応抵抗に相関するピーク（以下、「カソード極反応抵抗ピークＰ2c」とも記載する）、アノード極反応抵抗に相関する第１のピーク（以下、「低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aとも記載する」）、及びアノード極反応抵抗に相関する第２のピーク（以下、「高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aとも記載する」）を有する。
【００７７】
また、図の例では、カソード極反応抵抗ピークＰ2cの周波数ωP2cが１０Ｈｚ付近に位置し、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2AのωP2Aが１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの間に位置し、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応するωP3Aが１０ｋＨｚ付近に位置する。
【００７８】
さらに、図２においては、アノード極の触媒酸化の進行に応じて、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aが変化している。ここで、図２におけるアノード極の触媒酸化の進行は、例えば、燃料電池スタック１０の仕様に応じた所定量の空気をアノード極内に供給した際の酸素濃度などによって規定される。すなわち、このアノード極内への空気供給により、アノード極内の水素が排出され、アノード極内の水素濃度が減少するとともに酸素濃度が増加するため、よりアノード触媒酸化反応が進行する状態となる。  
【００７９】
したがって、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aは、アノード極の触媒酸化の進行が大きくなりアノード触媒酸化反応が進行するほど高くなる。すなわち、アノード極の触媒酸化の進行に応じて、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aが高くなる。これに対して、カソード極反応抵抗ピークＰ2cは、アノード極の触媒酸化の進行とは実質的に相関しない。すなわち、アノード極の触媒酸化が進行したとしても、これ以外の誤差等による変化量δＰ2cを除けば、理論上のカソード極反応抵抗ピークＰ2cの変化はゼロである。
【００８０】
この現象に着目し、本発明者らは、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの周波数ωP2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aの周波数ωP3Aの少なくともいずれか、又は周波数ωP2Aの周辺周波数、及び周波数ωP3Aの周辺周波数の少なくともいずれかにおける内部インピーダンスの大きさを参照することに着目した。そして、本発明者らは、この内部インピーダンスの大きさに基づいてアノード極の触媒酸化の進行具合を診断して、燃料電池システム１００におけるＥＡＰ処理の実施判断を行うという着想に至った。
【００８１】
なお、本実施形態において、周波数ωP2Aの周辺周波数とは、上述のアノード極の触媒酸化の影響をＤＲＴスペクトルから検出可能な周波数範囲の任意の周波数を意味する。すなわち、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの広がり幅に応じた周波数ωP2Aの近傍の周波数であって、一点の周波数ωP2Aにおける内部インピーダンスＺ（ωP2A）よりもアノード極の触媒酸化の変化に応じた変化量は低いものの、検出は可能である程度に内部インピーダンスＺが変化し得る周波数である。また、周波数ωP3Aの周辺周波数の定義も周波数ωP2Aの周辺周波数と同様である。
【００８２】
以下では、記載の簡略化のため、周波数ωP2A及びその周辺周波数をまとめて「周波数ωP2A」とし、周波数ωP3A及びその周辺周波数をまとめて「周波数ωP3A」として説明を行う。すなわち、以下の説明において「周波数ωP2A」及び「周波数ωP3A」は、それぞれ、当該周波数一点のみに限定するものではなく、それぞれの周辺周波数を含みうる概念であるものとする。すなわち、本実施形態のアノード極感応周波数とは、周波数ωP2A及びその周辺周波数、又は周波数ωP3A及びその周辺周波数の一方、又はこれら双方を意味する。
【００８３】
そして、周波数ωP2AのＤＲＴｇ（ｆP2A）（≒内部インピーダンスＺ（ωP2A））は、アノード極の触媒酸化に起因するアノード極反応抵抗の変化にともない変化量δＰ2Aだけ増加する。また、周波数ωP3AのＤＲＴｇ（ｆP3A）（≒内部インピーダンスＺ（ωP3A））は、アノード極の触媒酸化に起因するアノード極反応抵抗の変化にともない変化量δＰ3Aだけ増加する。
【００８４】
さらに、内部インピーダンスＺ（ωP2A）及び内部インピーダンスＺ（ωP3A）は、上述のカソード極反応抵抗等のアノード極反応抵抗以外の内部インピーダンス構成要素の変動に対してはほぼ相関が無い。すなわち、アノード極反応抵抗の変化による内部インピーダンスＺ（ωP2A）のδＰ2A及び内部インピーダンスＺ（ωP3A）のδＰ3Aは、アノード極反応抵抗以外の内部インピーダンス構成要素と比べて非常に大きくなる。
【００８５】
したがって、内部インピーダンスＺ（ωP2A）又は内部インピーダンスＺ（ωP3A）の大きさを参照することで、アノード触媒酸化反応の進行具合を的確に診断することができ、燃料電池システム１００におけるＥＡＰ処理の実施判断を適切に行うことができる。
【００８６】
一方で、燃料電池スタック１０は、要求負荷等において内部のガス圧力やスタック温度Ｔｓ等の運転状態が種々変化する。また、燃料電池スタック１０の個体差による電気化学的特性の違いも生じる。このような要因によって、上述のＤＲＴスペクトルが種々変化することが想定される。
【００８７】
そして、このような変化の例として、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aが低周波数側にシフトしたり、カソード極反応抵抗ピークＰ2cの幅が広がったりする場合がある。この結果、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは、カソード極反応抵抗ピークＰ2cと混ざり合うこととなる。この場合、周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）は、アノード極の酸化反応の進行情報だけでなく、アノード極の酸化反応と相関が低いカソード極反応抵抗の情報も含まれることとなる。
【００８８】
このような事情を考慮して、本実施形態では、カソード極反応抵抗ピークＰ2cからより遠い高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aを用いる。すなわち、周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいて、ＥＡＰ処理の実施判断を行う。以下では、周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいたＥＡＰ実施判断処理の流れについて説明する。
【００８９】
図３は、本実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。
【００９０】
ここで、本実施形態のＥＡＰ実施判断処理は、例えば、ＥＶキーオフ信号の受信（燃料電池スタック１０の運転の停止指令）をトリガとして実行される。すなわち、燃料電池スタック１０の運転停止時に実行される冷却処理の前などであって、スタック温度Ｔｓが酸化劣化点以上であるにもかかわらず、アノード極内が酸化雰囲気となる可能性のあるシーンで実行される。なお、以下のルーチンは、コントローラ８０によって所定周期で繰り返し実行される。
【００９１】
ステップＳ１１０において、ＤＲＴ解析により高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aをアノード感応周波数として特定する。
【００９２】
図４は、アノード感応周波数である周波数ωP3Aを特定する流れを示すフローチャートである。
【００９３】
ステップＳ１１１において、コントローラ８０は、インピーダンス計測装置６４によって計測された内部インピーダンスＺの計測値の内、所定周波数帯（例えば０．１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）に属する複数の周波数における内部インピーダンス計測値（以下、「内部インピーダンス計測値群」とも記載する）をメモリ等から抽出する。
【００９４】
ステップＳ１１２において、コントローラ８０は、取得した内部インピーダンス計測値群から緩和時間の分布を演算し、当該演算値を適切な等価回路を用いて複素非線形最小二乗法によりフィッティングする。これにより、ＤＲＴｇ（ｆ）を求める。すなわち、ＤＲＴｇ（ｆ）が表すＤＲＴスペクトルは、上記等価回路をモデルとする内部インピーダンス計測値群の回帰曲線に相当する。
【００９５】
ステップＳ１１３において、コントローラ８０は、予め設定された周波数抽出プログラムに従い、得られたＤＲＴスペクトルから周波数ωP3Aを抽出する。具体的に、コントローラ８０は、先ず、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aが現れる可能性が高い周波数帯１００Ｈｚ〜数十ｋＨｚの範囲におけるＤＲＴｇ（ｆ）の微分値を演算する。そして、コントローラ８０は、ＤＲＴｇ（ｆ）の微分値がゼロ又はゼロに近い所定値以下となる周波数ωpを記録する。
【００９６】
さらに、コントローラ８０は、記録した周波数ωpが一つのみである場合には、これを周波数ωP3Aとして抽出する。一方、コントローラ８０は、記録した周波数ωpが複数ある場合には、各周波数ωpの内、２番目に小さい周波数ωpを周波数ωP3Aとして抽出する。なお、このように２番目に小さい周波数ωpを周波数ωP3Aとする理由は、周波数ωpが複数記録される場合には、最も小さい周波数ωpが低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aである可能性が高く、一方で、３番目以降の周波数ωpは他の高周波数応答の内部インピーダンス構成要素である可能性が高いためである。
【００９７】
以上、説明したプロセスによって、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aを特定することができる。
【００９８】
図３に戻り、ステップＳ１２０において、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａ（ωP3A）を演算する。具体的に、コントローラ８０は、ステップＳ１１０で抽出した周波数ωP3Aに対応する内部インピーダンスＺ（ωP3A）を、上記内部インピーダンス計測値群から取得する。そして、コントローラ８０は、内部インピーダンスＺ（ωP3A）の絶対値を演算して、アノード極反応抵抗Ｒａを取得する。
【００９９】
ステップＳ１３０において、コントローラ８０は、取得したアノード極反応抵抗Ｒａが予めメモリ等に記録された所定の閾値Ｒａｔｈを超えるか否かを判定する。ここで、閾値Ｒａｔｈは、アノード極の触媒酸化がＥＡＰ処理の実行を必要とする程度に進行しているか否かという観点から定められる。
【０１００】
例えば、既に説明したように、アノード極内の酸素濃度の増加（水素濃度の低下）によってアノード極反応抵抗Ｒａは増加する。しかしながら、酸素濃度がそれほど大幅に増加しない場合には、ＥＡＰ処理を実行せずとも、触媒の不可逆劣化をもたらすほど酸化反応が進行しない場合が想定される。
【０１０１】
したがって、このようなＥＡＰ処理を実行せずとも良い場合を考慮して、予め実験等によってアノード極の触媒に悪影響を与え得る酸素濃度の増加量、及び当該酸素濃度の増加量に相当するアノード極反応抵抗Ｒａの増加量の関係を定めておき、このアノード極反応抵抗Ｒａの増加量に基づいて閾値Ｒａｔｈを定める。
【０１０２】
そして、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒａｔｈを超えていると判断すると、ステップＳ１４０に進む。そして、ステップＳ１４０において、コントローラ８０は、アノード極の触媒酸化を抑制すべく、所定のＥＡＰ電流を設定してＥＡＰ処理を実行する。
【０１０３】
一方で、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒａｔｈ以下であると判断すると、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、コントローラ８０は、ＥＡＰ処理を実行しないか、又はすでに実行されている状態である場合にはＥＡＰ処理を停止する。
【０１０４】
すなわち、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒａｔｈ以下である場合には、ＥＡＰ処理を実行せずとも触媒の不可逆劣化をもたらすほど触媒酸化が進行しないと考えられるので、この場合にはＥＡＰ処理を実行しないようにして電力消費を抑制することができる。
【０１０５】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、以下の作用効果を奏する。
【０１０６】
本実施形態では、アノードガス（燃料ガス）及びカソードガス（空気）の供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池としての燃料電池スタック１０を有する燃料電池システム１００の制御方法が提供される。
【０１０７】
この制御方法は、燃料電池スタック１０のアノード極の触媒酸化を抑制すべく燃料電池スタック１０に所定の保護電流を印加するアノード極保護処理としてのＥＡＰ処理の実施判断を行うアノード極保護実施判断処理としてのＥＡＰ実施判断処理を含む。
【０１０８】
ＥＡＰ実施判断処理では、燃料電池スタック１０のアノード極反応抵抗Ｒａを検知し得るアノード感応周波数としての周波数ωP3Aにおける燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺ（ωP3A）を取得し（図３のステップＳ１２０）、取得した内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいて、ＥＡＰ処理を実行するか否かを判断する（図３のステップＳ１３０）。
【０１０９】
すなわち、アノード感応周波数としての周波数ωP3Aにおける内部インピーダンスＺ（ωP3A）は、アノード極触媒の不可逆劣化をもたらし得るアノード極内の触媒酸化の進行状態に応じて変動することとなる。したがって、この内部インピーダンスＺ（ωP3A）により、ＥＡＰ処理の実行タイミングを判断することで、ＥＡＰ処理を必要なタイミングで的確に実行することができ、無用なＥＡＰ処理の実行による電力消費の増大を抑制することができる。その一方で、必要な場面では適切にＥＡＰ処理を実行できるので、アノード極触媒の酸化劣化を抑制することができる。
【０１１０】
なお、本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法において、アノード感応周波数は、アノード極反応抵抗Ｒａの変化による内部インピーダンスＺ（ωP3A）の変化量δＰ3A（ＤＲＴｇ（ｆ）の変化量δＰ3A）が、所定値以上となる周波数ωP3Aである。
【０１１１】
これにより、内部インピーダンスＺ（ωP3A）は、アノード極内の触媒酸化の進行状態とより強く相関することとなる。したがって、内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づくＥＡＰ処理の実施判断の精度をより向上させることができる。
【０１１２】
なお、この「所定値」としては、燃料電池スタック１０の構成（燃料電池セルの積層数、電極材料、及び個体差）に応じて様々な値が想定される。特に、「所定値」は、アノード極内の触媒酸化が一定以上進行してアノード極触媒の不可逆劣化が始まる前の段階で内部インピーダンスＺ（ωP3A）の変化量を検出し得るように定められることが好ましい。
【０１１３】
特に、周波数ωP3Aは、アノード極反応抵抗Ｒａの変化による内部インピーダンスＺ（ωP3A）の変化量δＰ3Aが、該アノード極反応抵抗Ｒａ以外の内部インピーダンス構成要素（カソード極反応抵抗等）の変化による内部インピーダンスＺ（ωP3A）の変化量と比べて大きくなる周波数である。
【０１１４】
これにより、内部インピーダンスＺ（ωP3A）には、アノード極内の触媒酸化の進行状態による影響が、これ以外の内部インピーダンス構成要素の変化による影響よりも強く反映されることとなる。したがって、内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づくＥＡＰ処理の実施判断の精度をさらに向上させることができる。
【０１１５】
さらに、本実施形態の内部インピーダンス構成要素は、燃料電池スタック１０のカソード極反応抵抗であるカソード極反応抵抗を含む。
【０１１６】
そして、アノード感応周波数は、内部インピーダンスＺ（ω）を表すスペクトルデータとしてのＤＲＴｇ（ｆ）において、アノード極反応抵抗Ｒａに相関する２つのピークである高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3A及び低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの内の一方である高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aを含む。なお、上述のように、本実施形態においてこの「周波数ωP3A」という語には、厳密に高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに一致するただ一定の周波数ωP3Aだけでなく、その周辺の周波数も含まれる。
【０１１７】
これにより、カソード極反応抵抗に対応するカソード極反応抵抗ピークＰ2cからより遠い側の高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいて、ＥＡＰ実施判断処理が行われることとなる。すなわち、ＥＡＰ実施判断処理にあたり、カソード極反応抵抗ピークＰ2cの影響が含まれにくく、よりアノード極内の触媒酸化の進行が支配的となる内部インピーダンスＺ（ωP3A）を用いることができる。したがって、燃料電池スタック１０の運転状態や個体差等の要因でカソード極反応抵抗ピークＰ2cが広がった場合でも、高精度にアノード極の触媒酸化を検出することができるので、ＥＡＰ実施判断処理の精度をより向上させることができる。
【０１１８】
また、本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法では、周波数ωP3Aを特定するアノード感応周波数特定処理（図３のステップＳ１１０参照）を実行する。より具体的には、コントローラ８０が、アノード感応周波数を特定する処理を行うようにプログラムされている。すなわち、車両に搭載された燃料電池システム１００においても、ＥＡＰ実施判断処理を行うための適切な内部インピーダンスＺ（ω）の周波数ωP3Aをリアルタイムで取得することができる。
【０１１９】
また、本実施形態では、アノード極反応抵抗Ｒａが所定の閾値Ｒａｔｈよりも高い場合に、ＥＡＰ実施判断処理を実行する。特に、閾値Ｒａｔｈを燃料電池スタック１０の個体差等による電気化学特性の違いなどに応じて適切に設定することで、ＥＡＰ実施判断処理をより適切に行うことができる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、ＥＡＰ実施判断処理を、燃料電池スタック１０の運転の停止時に実行する。より具体的には、コントローラ８０は、燃料電池の運転の停止指令であるＥＶキーオフ信号を受信したときに、ＥＡＰ実施判断処理を行うようにプログラムされている。
【０１２１】
これにより、特にアノード極触媒の酸化劣化が起こり得る可能性の高い燃料電池スタック１０の運転停止時のシーンにおいてＥＡＰ実施判断処理を行うことができるので、アノード極触媒の不可逆的な酸化劣化の発生をより確実に防止することができる。
【０１２２】
そして、本実施形態の燃料電池システム１００は、水素ガス及び空気の供給を受けて発電する固体酸化物型の燃料電池としての燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノード極の触媒酸化を抑制するための保護電流を燃料電池スタック１０に印加する保護電流印加装置としてのＤＣＤＣコンバータ６１と、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺ（ω）を計測するインピーダンス計測装置６４と、インピーダンス計測装置６４により計測された内部インピーダンスＺ（ω）に基づいてＤＣＤＣコンバータ６１を制御して上記保護電流を印加させるＥＡＰ処理を実行するコントローラ８０と、を有する。
【０１２３】
そして、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａを検知し得るアノード感応周波数としての周波数ωP3Aにおける燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺ（ωP3A）を取得し（図３のステップＳ１２０）、周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいて、ＥＡＰ処理を実行するか否かを判断するＥＡＰ実施判断処理（図３のステップＳ１３０）を実行するようにプログラムされている。
【０１２４】
これにより、ＥＡＰ処理を必要なタイミングで的確に実行することができるので、無用なＥＡＰ処理の実行による電力消費の増大を抑制することができるとともに、必要な場面では適切にＥＡＰ処理を実行してアノード極触媒の酸化劣化を抑制することができる。
【０１２５】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、特に、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて、ＥＡＰ実施判断処理を行う例について説明する。
【０１２６】
図５は、一般的な構成の燃料電池スタック１０のＤＲＴスペクトルの一例を示している。なお、図５に示すＤＲＴスペクトルは、以下の流れで取得されたものである。
【０１２７】
（ｉ）スタック温度Ｔｓを７５０℃、及び燃料電池スタック１０開回路状態（ＯＣＶ）に設定する。
【０１２８】
（ｉｉ）燃料電池スタック１０のアノード極内の水素濃度を不活性ガス（窒素ガス）でバランスさせつつ変化させながら、１００ｋＨｚ〜０．１Ｈｚの計測周波数範囲で内部インピーダンスＺを計測する。すなわち、アノード極内の水素及び窒素以外の空気等の含有量は固定される。なお、この内部インピーダンスＺの計測は、水素濃度が６５％、３０％、２０％、１５％、及び１０％のときに行う。
【０１２９】
（ｉｉｉ）水素濃度ごとに、複数点（例えば１２０点以上）の計測周波数の内部インピーダンスＺからコールコールプロットを作成する。
【０１３０】
（ｉｖ）得られた水素濃度ごとの内部インピーダンスＺのデータから緩和時間の分布を計算して、複素非線形最小二乗法でフィッティングし、図５に示すＤＲＴスペクトルを得る。
【０１３１】
図５においては、水素濃度６５％のスペクトルＳ１、３０％のスペクトルＳ２、２０％のスペクトルＳ３、１５％のスペクトルＳ４、及び１０％のスペクトルＳ５を、それぞれ、実線、破線、点線、一点鎖線、及び２点鎖線で示す。すなわち、各スペクトルＳ１〜Ｓ５は、アノード極内の水素濃度がこの順で低くなっている。したがって、アノード極内の水素濃度が、スペクトルＳ１〜Ｓ５の順で低くなるにしたがい、アノード極内の水素ガスに対する酸素の割合が増加することとなり、アノード極の反応抵抗が大きくなる。すなわち、図５のスペクトルＳ１〜Ｓ５は、おおよそ、アノード極の触媒酸化が発生する可能性がこの順で高くなるものとみなすことができる。
【０１３２】
図５に示すＤＲＴスペクトルにおいて、スペクトルＳ１の低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aが１００Ｈｚ付近に現れており、スペクトルＳ２〜Ｓ５の低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの間に現れる。一方、スペクトルＳ１〜Ｓ５の高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aは全て、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの間に現れる。
【０１３３】
そして、このＤＲＴスペクトルにおいて、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aは、双方とも、スペクトルＳ１からスペクトルＳ５に移行するにしたがって、すなわちアノード極の触媒酸化が進行するにつれて、高くなる傾向を示している。
【０１３４】
一方、図５に示す全てのスペクトルＳ１〜Ｓ５の低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは、カソード極反応抵抗ピークＰ2cとオーバーラップしている。これにより、第１実施形態でも説明したように、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aには、アノード極の触媒酸化の進行情報だけではなく、カソード極反応抵抗の情報も含まれる。したがって、カソード極内の酸素分圧が要求より不足することでカソード極内の酸化反応が阻害されるような場合、アノード極の触媒酸化の進行していなくとも、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの対応する周波数ωP2Aにおける内部インピーダンスＺ（ωP2A）の値が上昇してしまうことが想定される。
【０１３５】
このような状況を想定して第１実施形態では、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づいて、ＥＡＰ処理の実施判断を行う例を説明した。
【０１３６】
しかしながら、図５に示されているように、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aは、カソード極反応抵抗の影響がより排除されている一方で、アノード極の触媒酸化の進行に対する変化量が低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに比べて少ない。
【０１３７】
したがって、燃料電池スタック１０の運転状態等に応じた所定の電気化学特性によっては、アノード極の触媒酸化が進行しても、その影響が高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに基づく内部インピーダンスＺ（ωP3A）の変化に必ずしも明確に現れるとはいえない。
【０１３８】
このような状況に対して本発明者らは、燃料電池スタック１０の運転の停止時や起動時等のアノード極の触媒酸化が懸念される場面においては、カソード極内の酸素分圧がカソード極反応抵抗ピークＰ2cの高さを大きく変動させるほど低下する可能性が低いことに着目し、敢えて、カソード極反応抵抗ピークＰ2cに近い低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに基づく内部インピーダンスＺ（ωP2A）でＥＡＰ実施判断処理を行うことに想到した。
【０１３９】
より詳細には、非特許文献１の４５ページの図２４（ｂ）等の従来技術から得られる知見に基づくと、カソード極反応抵抗ピークＰ2cは、カソード極内の酸素分圧が０．２１ａｔｍから０．０２ａｔｍの範囲でその高さが大きくは変化しない傾向にある。特に、０．２１ａｔｍから０．０５ａｔｍの範囲では、カソード極反応抵抗ピークＰ2cの高さはほぼ同程度となる傾向にある。
【０１４０】
一方で、燃料電池スタック１０の運転の停止時や起動時等のアノード極の触媒酸化が懸念されるシーン（ＥＡＰ実施判断処理を行うべきシーン）では、既に説明したようにアノード排ガス排出通路５１からのアノード極内へのガスの逆流や、カソード極内の空気がアノード極内へ逆拡散が発生している状況である。すなわち、むしろカソード極内の空気が豊富である状況であるため、酸素分圧が０．０５ａｔｍを下回るという状況が起こり難い。
【０１４１】
したがって、ＥＡＰ実施判断処理を行うべきシーンにおいて、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに基づく内部インピーダンスＺ（ωP2A）は、実質的にカソード極反応抵抗に影響されず、アノード極の触媒酸化の進行のみに応じて変化することとなる。特に図５からも明らかなように、この低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは、アノード極触媒の酸化の進行にともなう変化量が、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aの変化量と比べて大きい。したがって、本実施形態では、内部インピーダンスＺ（ωP2A）を用いることで、内部インピーダンスＺ（ωP3A）を用いる場合に比べてアノード極の触媒酸化の進行状態をより高精度に検出することができるので、ＥＡＰ実施判断処理の精度をより向上させることができる。
【０１４２】
図６は、本実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。また、図７は、本実施形態のアノード感応周波数である周波数ωP2Aを特定する流れを示すフローチャートである。なお、本実施形態では、基本的に第１実施形態の図３及び図４で説明した流れと同様の流れでＥＡＰ実施判断処理を行うので、第１実施形態と同様の工程のステップには同一のステップ番号を付している。
【０１４３】
先ず、ステップＳ１１０´において、ＤＲＴ解析により低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aをアノード感応周波数として特定する。
【０１４４】
具体的に図７に示すように、第１実施形態と同様にステップＳ１１１の内部インピーダンス計測値群の抽出、及びステップＳ１１２のＤＲＴｇ（ｆ）の算出を行う。
【０１４５】
そして、本実施形態では、ステップＳ１１３´において、予め設定された周波数抽出プログラムにしたがって、得られたＤＲＴスペクトルから周波数ωP2Aを抽出する。
【０１４６】
より詳細には、コントローラ８０は、先ず、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aが現れる可能性が高い１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯におけるＤＲＴｇ（ｆ）の微分値を演算する。そして、コントローラ８０は、ＤＲＴｇ（ｆ）の微分値がゼロ又はゼロに近い所定値以下となる周波数ωpを記録する。さらに、コントローラ８０は、記録した周波数ωpが一つのみである場合には、これを周波数ωP2Aとして抽出する。一方、記録した周波数ωpが複数ある場合には、各周波数ωpの内、一番小さい周波数ωpを周波数ωP2Aとして抽出する。
【０１４７】
なお、図５に示す例では、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは、アノード極の触媒酸化が進行するにつれて低周波数側にシフトしている（図５の白抜き点線矢印で示す）。このような低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aのシフト現象が生じる明確な理由は不明であるものの、このようなシフト現象が生じても低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aは、ほぼ１０Ｈｚ以上となる。
【０１４８】
したがって、上述のように、１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯のＤＲＴｇ（ｆ）の微分値がゼロ又はゼロに近い所定値以下となる周波数ωpの内、一番小さいものを周波数ωP2Aとして抽出していれば、アノード極の触媒酸化の進行状態にかかわらず（図５のスペクトルＳ１〜Ｓ５のいずれの状態であっても）、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの周波数ωP2Aを高精度に特定することができる。
【０１４９】
そして、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aを特定した後は、図６のステップＳ１２０以降の処理を第１実施形態と同様に実行する。なお、既に述べた理由により、カソード極反応抵抗が変化しても内部インピーダンスＺ（ωP2A）の値は実質的に変化しないとみなすことができる。その一方で、内部インピーダンスＺ（ωP2A）にはカソード極内の酸素濃度が不足していない定常状態のときのカソード極反応抵抗の値は含まれるので、その分、内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて算出されるアノード極反応抵抗Ｒａは理論的な値と比べて大きくなると考えられる。したがって、アノード極反応抵抗Ｒａにこの定常状態におけるカソード極反応抵抗が含まれることを考慮して、閾値Ｒａｔｈを当該定常状態におけるカソード極反応抵抗の分高く設定しておくことで、ＥＡＰ実施判断処理の精度をより向上させることができる。
【０１５０】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、以下の作用効果を奏する。
【０１５１】
本実施形態の内部インピーダンス構成要素は、燃料電池スタック１０のカソード極反応抵抗であるカソード極反応抵抗を含む。
【０１５２】
そして、アノード感応周波数は、内部インピーダンスＺ（ω）を表すスペクトルデータとしてのＤＲＴｇ（ｆ）において、アノード極反応抵抗Ｒａに相関する２つのピークである高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3A及び低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aの内、カソード極反応抵抗に相関するピークであるカソード極反応抵抗ピークＰ2cに近い低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aを含む。
【０１５３】
これによれば、カソード極内の酸素分圧が大きく低下しないと考えられるアノード極の触媒酸化が懸念されるシーンにおいて、実質的にカソード極反応抵抗の変化の影響が排除された周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいてＥＡＰ実施判断処理を行うことができる。さらに、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aは高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aと比べて、アノード極の触媒酸化の進行に対する相関（感度）がより高い。
【０１５４】
したがって、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2Aをアノード感応周波数とした内部インピーダンスＺ（ωP2A）を用いることで、ＥＡＰ実施判断処理をより高精度に実行することができる。
【０１５５】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、本実施形態では、ＥＡＰ処理を実行するか否かの判断を、アノード極反応抵抗Ｒａの定常状態における値（所定の基準値）に対する現在のアノード極反応抵抗Ｒａの増加倍率ΔＲａ（ΔＲａ＝｛Ｒａ／Ｒａ０｝）と所定の閾値ΔＲａｔｈとの大小比較に基づいて行う。なお、以下では、アノード極反応抵抗Ｒａの定常状態における値を、単に「基準アノード極反応抵抗Ｒａ０」とも記載する。
【０１５６】
なお、本実施形態の態様は、アノード感応周波数として、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aのいずれの内部インピーダンスＺ（ωP2A）、Ｚ（ωP3A）に基づくＥＡＰ実施判断に対しても成立する。
【０１５７】
そこで、記載の簡略化の観点から、図８及び以下の説明においては、周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づくＥＡＰ実施判断（第２実施形態）をベースとした態様のみに絞って説明する。しかしながら、本実施形態は周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づくＥＡＰ実施判断（第１実施形態）の態様を排除するものではない。
【０１５８】
図８は、本実施形態によるＥＡＰ実施判断処理の流れを示すフローチャートである。図示のように、第２実施形態と同様にステップＳ１１０´及びステップＳ１２０の処理を実行する。
【０１５９】
そして、ステップＳ１２５において、コントローラ８０は、上述の増加倍率ΔＲａを演算する。具体的には、コントローラ８０は、メモリ等に予め記録された上記基準アノード極反応抵抗Ｒａ０を読み出し、ステップＳ１２０で演算したアノード極反応抵抗Ｒａをこの基準アノード極反応抵抗Ｒａ０で除して増加倍率ΔＲａを算出する。すなわち、ΔＲａ＝Ｒａ／Ｒａ０である。
【０１６０】
ここで、基準アノード極反応抵抗Ｒａ０は、例えば燃料電池スタック１０の定常状態におけるアノード極反応抵抗Ｒａの値であり、燃料電池スタック１０の仕様等に応じて予め実験的に定められる。
【０１６１】
さらに、「燃料電池スタック１０の定常状態におけるアノード極反応抵抗Ｒａ」とは、アノード極内が十分に還元雰囲気に保たれていてアノード極の触媒酸化が生じておらず、スタック温度Ｔｓが燃料電池スタック１０の適正作動温度（例えば７００℃〜９００℃）である場合における燃料電池スタック１０の開回路状態の内部インピーダンスである。
【０１６２】
ステップＳ１３０において、コントローラ８０は、ステップＳ１２５で求めた増加倍率ΔＲａが予めメモリ等に記録された所定の閾値ΔＲａｔｈを超えるか否かを判定する。
【０１６３】
ここで、閾値ΔＲａｔｈは、燃料電池スタック１０の定常状態と比べて、ＥＡＰ処理の実行を必要とする程度にアノード極の触媒酸化が進行しているか否かという観点から定められる。
【０１６４】
例えば、閾値ΔＲａｔｈは、燃料電池スタック１０の積層数や構成材料等の仕様、及び個体差などに応じて個別に、アノード極の触媒酸化が不可逆劣化に至らないように安全マージンをとりつつも、できるだけ大きい増加倍率ΔＲａが許容されるように定められる。
【０１６５】
そして、コントローラ８０は、増加倍率ΔＲａが閾値ΔＲａｔｈを超えていると判断すると、ステップＳ１４０に進み、ＥＡＰ処理を実行する。一方で、コントローラ８０は、増加倍率ΔＲａが閾値ΔＲａｔｈ以下であると判断すると、ステップＳ１５０に進み、ＥＡＰ処理を実行しないか、又は既に実行されている状態である場合にはＥＡＰ処理を停止する。
【０１６６】
なお、第２実施形態で説明したように、内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて算出されるアノード極反応抵抗Ｒａは定常状態のときのカソード極反応抵抗の値は含まれているので、理論的な値と比べて大きくなると考えられる。しかし、定常状態のときのカソード極反応抵抗はアノード極反応抵抗Ｒａと比べて小さい。また、第２実施形態で説明した理由によりカソード極反応抵抗は実質的に変化しないので、増加倍率ΔＲａは、実質的にアノード極反応抵抗Ｒａの変化のみに依存することとなる。したがって、定常状態のときのカソード極反応抵抗の影響を考慮することなく、閾値ΔＲａｔｈを設定しても、ＥＡＰ実施判断処理の精度を高精度に維持することができる。
【０１６７】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、以下の作用効果を奏する。
【０１６８】
本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、アノード極保護実施判断処理では、アノード感応周波数の内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて、アノード極反応抵抗Ｒａを推定し、推定したアノード極反応抵抗Ｒａの所定の基準値である基準アノード極反応抵抗Ｒａ０に対する増加倍率ΔＲａを演算する。そして、増加倍率ΔＲａが閾値ΔＲａｔｈよりも高い場合に、ＥＡＰ処理を実行すると判断する。
【０１６９】
これにより、燃料電池スタック１０の積層数や構成材料等の仕様、及び個体差などに応じて個別に、定常状態（アノード極の触媒酸化が進行していない状態）における基準アノード極反応抵抗Ｒａ０を設定し、これに基づいてＥＡＰ処理を実行することができる。したがって、燃料電池スタック１０の積層数や構成材料等の仕様、及び個体差などに応じた基準アノード極反応抵抗Ｒａ０のバラツキを考慮しつつ、ＥＡＰ処理の実施判断を行うことができるので、より適切なタイミングでＥＡＰ処理を実行することができる。
【０１７０】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１〜第３実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、本実施形態では、ＥＡＰ処理を実行すると判断された後（図３及び図６のステップＳ１３０）、ステップＳ１４０においてＥＡＰ処理を実行する際のＥＡＰ処理における印加電圧（ＥＡＰ電流）をアノード極反応抵抗Ｒａに基づいて調節する。
【０１７１】
なお、本実施形態では、第２実施形態における周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づくＥＡＰ実施判断においてＥＡＰ処理を実行すると判断された以降のＥＡＰ処理について説明する。しかしながら、本実施形態は、第１実施形態における周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）に基づくＥＡＰ実施判断においてＥＡＰ処理を実行すると判断された以降のＥＡＰ処理に適用することもできる。
【０１７２】
図９は、本実施形態のＥＡＰ処理の流れを示すフローチャートである。
【０１７３】
図示のように、本実施形態のステップＳ１４０におけるＥＡＰ処理では、コントローラ８０は、ステップＳ１４１においてＥＡＰ電流を算出する。具体的には、図６のステップＳ１２０で算出されたアノード極反応抵抗Ｒａと所定の閾値Ｒ´ａｔｈの差に基づいて、ＥＡＰ電流を定める。
【０１７４】
ここで、閾値Ｒ´ａｔｈは、例えば、アノード極の触媒酸化が触媒の不可逆劣化をもたらすほど進行しないようにアノード極内の還元雰囲気を保つという観点から、適切なＥＡＰ設定電流として定めることができる。すなわち、閾値Ｒ´ａｔｈは、アノード極反応抵抗Ｒａが当該閾値Ｒ´ａｔｈを超えていない場合にはアノード極内が好適に還元雰囲気に維持されていると判断できるに足る指標として適切に定められる。閾値Ｒ´ａｔｈは、コントローラ８０のメモリ等に記録される。
【０１７５】
なお、閾値Ｒ´ａｔｈは、ＥＡＰ処理実施判断における図６のステップＳ１３０で用いた閾値Ｒａｔｈと同じ値であっても良いし、異なる値でも良い。特に、異なる値である場合には、閾値Ｒ´ａｔｈを閾値Ｒａｔｈよりも低く設定することで、ＥＡＰ電流が相対的に高く設定されることとなり、アノード極内をより確実に還元雰囲気に保つことができる。
【０１７６】
ステップＳ１４２において、コントローラ８０はＥＡＰ処理を開始する。具体的には、コントローラ８０は、燃料電池スタック１０に供給されるように、ＤＣＤＣコンバータ６１を制御して燃料電池スタック１０への供給電流を、ステップＳ１４１で設定されたＥＡＰ電流に調節する。これにより、燃料電池スタック１０には、設定されたＥＡＰ電流に応じた逆電圧が印加されることとなる。
【０１７７】
ステップＳ１４３において、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒ´ａｔｈを超えるか否かを判定する。そして、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒ´ａｔｈを超えていないと判定すると、ステップＳ１４４に進み、ＥＡＰ処理を停止する。一方で、コントローラ８０は、アノード極反応抵抗Ｒａが閾値Ｒ´ａｔｈを超えていると判定すると、ステップＳ１４１以降の処理を繰り返す。
【０１７８】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、以下の作用効果を奏する。
【０１７９】
本実施形態の燃料電池システム１００は、ＥＡＰ実施判断処理においてＥＡＰ処理を実行すると判断された場合（図６のステップＳ１３０のＹｅｓ）に、燃料電池スタック１０に印加する保護電流を調節する保護電流調節処理としてのＥＡＰ電流算出処理（図９のステップＳ１４１）を含む。
【０１８０】
そして、ＥＡＰ電流算出処理では、アノード感応周波数の内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて推定されたアノード極反応抵抗Ｒａと所定の閾値Ｒ´ａｔｈとの差に基づいて保護電流の大きさ（ＥＡＰ電流）を決定する。
【０１８１】
これにより、ＥＡＰ処理を実行する場面において、アノード極内の触媒酸化の進行状態に応じて触媒の酸化劣化を抑制する機能を果たしつつ、過剰な電力消費を抑制観点からＥＡＰ電流を適切に設定することができる。
【０１８２】
なお、本実施形態では、上述のように、アノード感応周波数の内部インピーダンスＺ（ωP2A）に基づいて推定されたアノード極反応抵抗Ｒａと所定の閾値Ｒ´ａｔｈとの差に基づいてＥＡＰ電流を設定している。一方で、これに代えて、第３実施形態で説明した増加倍率ΔＲａと所定の閾値ΔＲ´ａｔｈとの差に基づいてＥＡＰ電流を設定しても良い。
【０１８３】
（第５実施形態）
以下、第５実施形態について説明する。なお、第１〜第４実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、本実施形態では、スタック温度Ｔｓに基づいてアノード感応周波数を補正する例について説明する。
【０１８４】
図１０は、燃料電池スタック１０のＤＲＴスペクトルにおける低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aの位置の温度依存性を説明する図である。
【０１８５】
図示のように、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aの位置は、スタック温度Ｔｓが高くなるほど高周波数側にシフトする。すなわち、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aにそれぞれ対応する周波数ωP2A及び周波数ωP3Aは、スタック温度Ｔｓが高くなるにつれて大きくなる。この現象を考慮して、本実施形態では、ＥＡＰ実施判断に用いる内部インピーダンスＺの周波数を補正する。
【０１８６】
なお、以下では、説明の簡略化のため、周波数ωP2A及び周波数ωP3Aをまとめて周波数ωPAと記載する。
【０１８７】
本実施形態で、図４のステップＳ１１０及び図７のステップＳ１１０´における周波数の特定に際して、スタック温度Ｔｓを考慮して補正された補正周波数ω´PAを抽出する。以下、より詳細に説明する。
【０１８８】
図１１は、本実施形態において内部インピーダンスＺを取得する周波数を特定する処理の流れを示すフローチャートである。
【０１８９】
図示のように、本実施形態でも第１実施形態と同様にステップＳ１１１及びステップＳ１１２を経てＤＲＴｇ（ｆ）を求める。
【０１９０】
ステップＳ１１３´´において、コントローラ８０は、得られたＤＲＴスペクトルから第１実施形態又は第２実施形態と同様の方法で周波数ωPAを抽出する。
【０１９１】
ステップＳ１１４において、コントローラ８０は、抽出された周波数ωPAに、スタック温度Ｔｓに応じた補正係数Ｋ（Ｔｓｔ）を乗じて補正周波数ω´PAを算出する。補正係数Ｋ（Ｔｓｔ）は、スタック温度Ｔｓが高くなるにつれて高い値となるように定められる。
【０１９２】
なお、補正係数Ｋ（Ｔｓｔ）は、例えば、スタック温度Ｔｓと低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A又は高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aのシフト量（シフトする周波数の値）の関係を示すマップを予め実験等により定め、当該マップに基づいてスタック温度Ｔｓの検出値から算出できる。
【０１９３】
そして、コントローラ８０は、得られた補正周波数ω´PAに基づいて、図３、図６、又は図８で説明したステップＳ１２０以降の処理を実行する。すなわち、コントローラ８０は、内部インピーダンスＺ（ω´PA）に基づいてＥＡＰ処理の実施判断を行う。
【０１９４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００の制御方法は、以下の作用効果を奏する。
【０１９５】
本実施形態では、ＥＡＰ実施判断処理では、アノード感応周波数の内部インピーダンスＺ（ωPA）に加えてスタック温度Ｔｓを考慮して、ＥＡＰ処理を実行するか否かを判断する。特に、本実施形態では、スタック温度Ｔｓの変化に応じて補正された補正周波数ω´PAの内部インピーダンスＺ（ω´PA）に基づいて、ＥＡＰ処理を実行するか否かを判断する。
【０１９６】
これにより、スタック温度Ｔｓの変化に応じて低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aがシフトする場合でも、これに併せて調節された補正周波数ω´PAの内部インピーダンスＺ（ω´PA）に基づいて、ＥＡＰ処理の実施判断が行われるので、当該実施判断の精度をより向上させることができる。
【０１９７】
なお、図１０を参照すると理解されるように、スタック温度Ｔｓが変化すると低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2A及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aがシフトするだけでなく、これらの高さも変化する。特に、スタック温度Ｔｓが高くなるほどピークの高さが低くなる傾向にある。したがって、スタック温度Ｔｓの変化に応じてアノード極反応抵抗Ｒａ又は増加倍率ΔＲａと比較する閾値Ｒａｔｈ又は閾値ΔＲａｔｈを変化させるようにしても良い。より詳細には、スタック温度Ｔｓが高くなるほど閾値Ｒａｔｈ又は閾値ΔＲａｔｈを低く設定するようにしても良い。
【０１９８】
さらに、本実施形態のＥＡＰ実施判断処理において、コントローラ８０は、スタック温度Ｔｓが酸化劣化点を下回ったら、理論上アノード極触媒の酸化反応が生じないことを加味し、内部インピーダンスＺの値にかかわらず、ＥＡＰ処理を停止するようにしても良い。
【０１９９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０２００】
例えば、ＥＡＰ実施判断に用いる内部インピーダンスＺの周波数ωP2A又は周波数ωP3Aを特定する処理（図４又は図７等参照）を予め行い、特定された周波数ωP2A又は周波数ωP3Aをコントローラ８０のメモリ等に記憶させておいても良い。これにより、ＥＡＰ実施判断処理においてＤＲＴ解析を行うことなく、ＥＡＰ処理の実施判断を行うことも可能である。
【０２０１】
また、図３のステップＳ１２０におけるアノード極反応抵抗Ｒａは、内部インピーダンスＺの絶対値をとる方法以外にも、当該内部インピーダンスＺから他の種々の方法で求めるようにしても良い。
【０２０２】
例えば、上記各実施形態では、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスＺ（ω）を用いてＥＡＰ実施判断処理を実行しているが、燃料電池スタック１０を構成する一つの燃料電池セルの内部インピーダンス、又は複数の燃料電池セルの内部インピーダンスの代表値若しくは平均値等を用いてＥＡＰ実施判断処理を実行するようにしても良い。
【０２０３】
また、上記各実施形態における図４等に示す周波数ωP2A又は周波数ωP3Aの特定において、内部インピーダンス計測値群を取得する所定周波数帯は、目的とする低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2A、及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3A対応する周波数ωP3Aが存在すると考えられる周波数に応じて適宜変更しても良い。例えば、これらピークが０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの間のような極低周波数帯や１０ｋＨｚ以上の高周波数帯には存在しない可能性が高いと考えられる場合、内部インピーダンス計測値群を取得する周波数帯を１０Ｈｚ〜１ｋＨｚに設定しても良い。
【０２０４】
これにより、計測に時間のかかる極低周波数帯の内部インピーダンスを加味しなくて済むので、コントローラ８０が図３等に示すＥＡＰ実施判断処理を行う演算周期を短縮することができ、ＥＡＰ実施判断のさらなる精度の向上につながることとなる。また、接触抵抗等のアノード極反応抵抗以外の内部インピーダンス構成要素の影響を含む高周波数帯の内部インピーダンスを加味しなくて済むので、周波数ωP2A又は周波数ωP3Aの特定が容易になる。
【０２０５】
さらに、上記各実施形態では、図３等に示すＥＡＰ実施判断処理を燃料電池スタック１０の運転の停止時に行う例を中心に説明した。しかしながら、例えば、燃料電池スタック１０の起動時（運転開始時）やＥＡＰ処理に係る逆電流の印加を阻害しない程度の低負荷運転時等のアノード極の触媒酸化が進行しやすい任意の場面で上記ＥＡＰ実施判断処理を行っても良い。
【０２０６】
例えば、燃料電池システム１００の運転状態（ＥＶキーがオン状態）であるが、燃料電池スタック１０からバッテリ６２及び駆動モータ６３への供給電力が実質的に無いか、バッテリ６２及び駆動モータ６３からの要求電力に対して低い場合（アイドルストップ状態である場合）に、スタック温度Ｔｓが酸化劣化点よりも高いにもかかわらず、燃料電池スタック１０への燃料ガスの供給量が低下することで逆拡散や逆流が発生しやすくなり、アノード極内が酸化雰囲気となることが考えられる。
【０２０７】
また、ＥＶキーのオフ信号の受信（燃料電池スタック１０の起動指令）をトリガとして実行される燃料電池スタック１０の起動処理シーケンスにおいて、スタック温度Ｔｓを速やかに動作温度に到達させるべく起動燃焼機構３０等により燃料電池スタック１０を加熱させる場合において、スタック温度Ｔｓが酸化劣化点を超えるにもかかわらず、改質器２８が十分に高温になっておらず、アノード極への燃料ガスの供給量が不足してアノード極内が酸化雰囲気になることが想定される。
【０２０８】
したがって、これらのアイドルストップ時や起動時等のアノード極内が比較的酸化雰囲気となりやすいシーンで上記各実施形態のＥＡＰ実施判断処理を行えば、無用なＥＡＰ処理の実行による電力消費の増大を抑制しつつ適切にＥＡＰ処理を実行することができる。
【０２０９】
また、上記各実施形態では、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aに対応する周波数ωP2A、及び高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aに対応する周波数ωP3Aの一方の内部インピーダンスＺに基づいて、ＥＡＰ実施判断処理を行う例について説明した。しかしながら、周波数ωP2Aの内部インピーダンスＺ（ωP2A）及び周波数ωP3Aの内部インピーダンスＺ（ωP3A）の双方に基づいて、ＥＡＰ実施判断処理を行っても良い。
【０２１０】
具体的には、例えば、内部インピーダンスＺ（ωP2A）から演算されるアノード極反応抵抗Ｒａ（ωP2A）が閾値Ｒａｔｈ（ωP2A）を越え、且つ内部インピーダンスＺ（ωP3A）から演算されるアノード極反応抵抗Ｒａ（ωP3A）が閾値Ｒａｔｈ（ωP3A）を越えた場合にＥＡＰ処理を実行し、そうでないときにＥＡＰ処理を実行しない若しくは停止するようにしても良い。これにより、例えば計測系の誤差などのアノード極の触媒酸化の以外の要因によって、内部インピーダンスＺ（ωP2A）及び内部インピーダンスＺ（ωP3A）のいずれかが値が変動した場合であっても、ＥＡＰ実施判断においてもう一方の値も参照されるので、ＥＡＰ実施判断の精度をより向上させることができる。
【０２１１】
さらに、この場合、閾値Ｒａｔｈ（ωP2A）と閾値Ｒａｔｈ（ωP3A）を同一の値に設定しても良いし、相互に異なる値を設定しても良い。例えば、第２実施形態で説明したように、高周波側アノード極反応抵抗ピークＰ3Aは、低周波側アノード極反応抵抗ピークＰ2Aと比べてアノード極の触媒酸化の進行に対する感度が高いので、これを考慮し、閾値Ｒａｔｈ（ωP3A）を閾値Ｒａｔｈ（ωP2A）と比べて小さく設定するようにしても良い。
【０２１２】
また、内部インピーダンスＺ（ωP2A）から演算されるアノード極反応抵抗Ｒａ（ωP2A）の増加倍率ΔＲａ（ωP2A）が閾値ΔＲａｔｈ（ωP2A）を越え、且つ内部インピーダンスＺ（ωP3A）から演算されるアノード極反応抵抗Ｒａ（ωP3A）の増加倍率ΔＲａ（ωP3A）が閾値ΔＲａｔｈ（ωP3A）を越えた場合にＥＡＰ処理を実行し、そうでないときにＥＡＰ処理を実行しない若しくは停止するようにしても良い。
【０２１３】
さらに、上記各実施形態の閾値Ｒａｔｈ、閾値ΔＲａｔｈ、及び基準アノード極反応抵抗Ｒａ０については、予め定められた値を用いる例を中心に説明した。しかしながら、これら値が、燃料電池システム１００や燃料電池スタック１０の運転過程において所定の学習制御などに基づいて適宜調節されるようにしても良い。
【０２１４】
また、上記各実施形態は、任意に組み合わせが可能である。
【図１】
0006711422.tif 000002
【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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【図１１】
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