(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池に低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷を与える負荷制御手段と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池が発電する電力を蓄える蓄電手段と、
前記固体高分子型燃料電池と前記蓄電手段とに接続され、該固体高分子型燃料電池又は前記蓄電手段からの電力の供給を受けて作動する負荷装置と、
前記負荷制御手段の動作タイミングを決定する決定手段とを備え、
前記決定手段は、前記固体高分子型燃料電池の電解質膜のドライアップを検出する検出手段を含み、
前記負荷制御手段は、前記検出手段によってドライアップが検出された場合に、前記決定手段によって決定された動作タイミングで前記固体高分子型燃料電池に負荷を与えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷は、三角波により表される負荷であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記蓄電手段の蓄電残量と予め定められた規定残量とを比較し、その比較結果に基づいて、車両出力制御又は車両出力制御の解除を行う手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記固体高分子型燃料電池は、
単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成する集電板を有するセパレータを、単位セルと交互に複数積層すると共に、各燃料ガス流路の入口同士を入口マニホールドで接続しかつ出口同士を出口マニホールドで接続して構成されたモジュールを複数形成し、燃料ガスの流れ方向が、隣接するモジュール間で逆方向になるように、一方のモジュールの出口マニホールドと他方のモジュールの入口マニホールドとを接続し、前記単位セルの積層方向における両端に通電可能に重ね合わせられた一対の電極板を有する燃料電池スタックを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか1に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに係り、詳しくは、固体高分子型燃料電池の負荷を制御する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んだ両側で燃料ガス或いは酸化ガスがイオン化し、そのイオンが電解質膜を透過して電気化学的な反応を生じるものである。
【０００３】
そして、燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化ガスとを高分子電解質膜を介して反応させ電力を得るものである。この燃料電池スタックは、高分子電解質膜を燃料極と酸化極で挟んで構成された単位セルと、導電性材料で構成されたセパレータとを交互に積層して構成され、セパレータと燃料極との間に燃料ガスを、セパレータと酸化極の間に酸化ガスを流通させることにより、電気化学反応を生じさせるものである。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池（燃料電池スタック）が発電する際、燃料（主に水素）がアノード側において水素イオンに変わり、電解質膜中を移動し、カソード側に到達し、酸素と結合して水を生成する。この際、電解質中の水分量が不足すると（ドライアップ）水素イオンの移動が阻害されるので、燃料電池の性能を発揮することが困難となる（図１８、１９）。
【０００５】
一般に、燃料電池は発電の負荷が高いほど発熱量が大きく、温度が高く飽和水蒸気圧が大きくなる傾向にある（図１８）ので、ドライアップは高負荷において連続発電する際に起こりやすい（図１９）。特に移動体（車両等）に搭載される燃料電池システムにおいては、ドライアップの回避は重要課題の一つとなっている。このようなドライアップを回避するための技術として、固体高分子膜型燃料電池が乾燥状態にあった場合でも、最適な起動制御を行うことができる燃料電池システムが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８０号。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、ドライアップ回避のためのシステムが大型化しかつ複雑化するという問題がある。この発明は、システムが大型化しかつ複雑化することなく、ドライアップを回避することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上のような目的は、以下の本発明によって達成される。
(1) 固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池に低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷を与える負荷制御手段と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池が発電する電力を蓄える蓄電手段と、
前記固体高分子型燃料電池と前記蓄電手段とに接続され、該固体高分子型燃料電池又は前記蓄電手段からの電力の供給を受けて作動する負荷装置と、
前記負荷制御手段の動作タイミングを決定する決定手段とを備え、
前記決定手段は、前記固体高分子型燃料電池の電解質膜のドライアップを検出する検出手段を含み、
前記負荷制御手段は、前記検出手段によってドライアップが検出された場合に、前記決定手段によって決定された動作タイミングで前記固体高分子型燃料電池に負荷を与えることを特徴とする燃料電池システム。
【０００８】
（２） 前記低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷は、三角波により表される負荷であることを特徴とする上記（１）に記載の燃料電池システム。
【００１２】
（３）前記蓄電手段の蓄電残量と予め定められた規定残量とを比較し、その比較結果に基づいて、車両出力制御又は車両出力制御の解除を行う手段を備えることを特徴とする上記(１)又は２に記載の燃料電池システム。
【００１３】
（４）前記固体高分子型燃料電池は、
単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成する集電板を有するセパレータを、単位セルと交互に複数積層すると共に、各燃料ガス流路の入口同士を入口マニホールドで接続しかつ出口同士を出口マニホールドで接続して構成されたモジュールを複数形成し、燃料ガスの流れ方向が、隣接するモジュール間で逆方向になるように、一方のモジュールの出口マニホールドと他方のモジュールの入口マニホールドとを接続し、前記単位セルの積層方向における両端に通電可能に重ね合わせられた一対の電極板を有する燃料電池スタックを含むことを特徴とする上記(１)から(３)のいずれか1に記載の燃料電池システム。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、固体高分子型燃料電池（以下燃料電池という）に（負荷装置の要求負荷にかかわらず）低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷が与えられる。このパターンの負荷を採用するようにすれば、高負荷領域での運転によって、燃料電池の温度は上昇するが、低負荷（低負荷領域）での運転によって、温度上昇は抑制され、トータルとしての温度は一定値に落ち着くことになる。つまり、高負荷で連続発電することがなくなるから、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。また、ドライアップ防止により、燃料電池電極の損傷防止、耐久性向上も実現できし、さらに、ドライアップすると不可能になる（瞬間的な）高負荷運転も可能になる。
【００１５】
負荷装置（例えばモータ）は、蓄電手段（例えばバッテリ）にも接続され、少なくとも前記固体高分子型燃料電池又は蓄電手段から電力の供給を受けて作動する。従って、負荷装置の実要求負荷と燃料電池が発電する電力とが一致しないとしても、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷を採用したので、負荷装置の実要求負荷と燃料電池が発電する電力とは一致しない場合、蓄電手段から不足の電力を供給することができるので、負荷装置を適切に作動させることが可能となる。
【００１６】
低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷であるから、高負荷で連続発電することがなくなり、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。
さらに、負荷制御手段は、決定された動作タイミングで（例えば、タイマによって一定時間計時されるごとに、つまり定期的に）、燃料電池に特定パターンの負荷を与えるので、ドライアップを未然に防止することができる。
また、負荷制御手段は、ドライアップが検出された場合に、低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷を燃料電池にを与えるので、ドライアップによる弊害を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷は、三角波により表される負荷であるから、高負荷で連続発電することがなくなり、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記蓄電手段の蓄電残量と予め定められた規定残量とを比較し、その比較結果に基づいて、車両出力制御又は車両出力制御の解除を行う手段を備えるので、仮に蓄電手段の蓄電残量が予め定められた規定残量を下回ったとしても車両出力を制御することで必要最低限の車両出力を確保することができる。さらに、その車両出力制御をしている間、低負荷と高負荷を周期的に繰り返すパターンの負荷が与えられることで、蓄電手段を充電することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、固体高分子型燃料電池として特定構造の燃料電池を採用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、燃料電池スタック１００を用いたシステム１の燃料供給系１０を示すブロック図である。
【００２４】
この燃料電池システム１の有するスタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、同じく部分断面側面図（図２及び図３におけるＢ−Ｂ断面図）、図５は、燃料電池セパレータ１３の部分断面側面図（図２及び図３におけるＣ−Ｃ断面図）、図６は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。
【００２５】
セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電板である集電部材３、４は金属で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。
【００２６】
集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。燃料極に接触する集電部材３は、図７に示されているように、矩形の金網材から成り、その表面には多数の孔３２０が形成されている。また、集電部材３には、プレス加工によって、突出形成された複数の凸状部３２が形成されている。尚、図７以外の図においては、図面の内容をわかり易くするために、集電部材３を板材として示しており、断面図等において、網材の孔３２０の表示は省略されている。
【００２７】
凸状部３２は、板材の長辺とに沿って短辺方向へ向けて、等間隔で配列されている。長辺に沿って（図２における横方向）配置された凸状部３２の間に形成された溝によって、凸状部３２の間には水素流路３０１が形成され、凸状部３２の裏側に形成された溝３３によって、水素流路３０２が形成されている。この凸状部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。集電部材３が網体であるため、当接部３２１が接触する部分においても、孔３２０を介して、燃料極は燃料ガスを供給することができる。また、水素流路３０１と水素流路３０２の間も、孔３２０を介して、水素ガスが相互に流通可能となる。
【００２８】
集電部材３の両端部には、流通孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この流通孔３５によって水素供給路が構成される。  
集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部４１となっており、中空部４１の両端は、閉鎖されている。集電部材４の両端部には、孔４８が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この孔４８によって水素供給路が構成される。
【００２９】
以上のような集電部材３、４は、各凸状部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、集電部材３の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、空気流路４０は、図３及び図５に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。
【００３０】
空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体電解質膜に酸素を供給する酸素室（空気室）として機能する。  
また、中空部４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と中空部４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。
【００３１】
集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の流通孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。
【００３２】
集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、集電部材３、４に重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３に接続されている。
【００３３】
上流側の空気流通路９４は、開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、空気マニホールドから噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４に接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。  
また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。
【００３４】
図８は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。
【００３５】
空気流路４０の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（Ｔｉ Ｏ2）等が挙げられる。
【００３６】
以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図９は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３が開口し、この導入口４３に、空気マニホールドから空気が流入するとともに、空気マニホールド内でノズルから噴射された水が同時に流入する。導入口４３から流入した空気と水は、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。
【００３７】
図１０は、燃料電池スタック１００の全体平面図である。以上のように構成された燃料電池セパレータ１３は、所定の枚数重ねられたモジュール１３０−１〜ｎ（単位体）を複数個構成し、この複数のモジュール１３０を複数重ねることによって燃料電池スタック１００が構成される。隣接するモジュール１３０−ｍとモジュール１３０−ｍ＋１の間には、集電部材３と集電部材４の間に遮蔽板１６を挟んだ、セパレータ１４が介在する。遮蔽板１６は、水素通路１７ａ又は水素通路１７ｂのいずれかに対応した位置に、水素通路１７ａ、１７ｂの断面形状と同じ形状の、孔１６１ａ又は１６１ｂを備えている。この遮蔽板１６は、導電性を有し、燃料電池スタック１００内での電気の流通は妨げない。
【００３８】
一方、遮蔽板１６が孔１６１ａを有する場合には、水素通路１７ｂでの水素ガスの流通は、遮蔽板１６によって遮断される。遮蔽板１６が孔１６１ｂを有する場合には、水素通路１７ａでの水素ガスの流通は、遮蔽板１６によって遮断される。遮蔽板１６は、水素ガスが流入する側から流出する側へ配置されている順に、孔１６１ｂが設けられている遮蔽板１６、孔１６１ａが設けられている遮蔽板１６・・・となるよう、交互に配置される。このようにモジュール１３０−１〜ｎ毎に、水素通路１７ａと水素通路１７ｂの一方を交互に遮蔽することで、供給された水素ガスは、モジュール１３０単位で、各燃料室３０内を流通する。具体的には、最初のモジュール１３０では、水素通路１７ａから水素通路１７ｂへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れ、次のモジュール１３０では、水素通路１７ｂから水素通路１７ａへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れ、さらに次のモジュール１３０では、水素通路１７ａから水素通路１７ｂへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れる・・・以降は、交互に水素ガスの流通方向が変化する。
【００３９】
即ち、燃料電池スタック１００は、単位セル１５とセパレータ１３を積層して構成されたモジュール１３０と、モジュール１３０内において、セパレータ１３の積層方向に形成され、燃料室３０を挟んだ両側に位置し、各燃料室３０にそれぞれ連通する一対の水素通路１７ａ、１７ｂとを有し、モジュール１３０を積層して構成されたものであって、隣接するモジュール１３０の間には、各モジュール１３０の一方の水素通路１７ａ、１７ａ（又は１７ｂ、１７ｂ）間を連通する連通部（孔１６１ａ（又は１６１ｂ））と、他方の水素通路１７ｂ、１７ｂ（又は１７ａ、１７ａ）間の水素流通を遮断する遮断部（遮蔽板１６）とを有し、連通部と遮断部は、積層されているモジュール１３０の積層方向に向けて順に、一方の水素通路１７ａ、１７ａ（又は１７ｂ、１７ｂ）と他方の水素通路１７ｂ、１７ｂ（又は１７ａ、１７ａ）において交互に設けられ、一対の水素流路（１７ａ、１７ｂ）間の各燃料室３０内を流れる水素ガスの流通方向が、モジュール１３０毎に交互に逆向きに変化する構成となっている。
【００４０】
図１１は、水素流通路１７ａと、水素流通路１７ａの縦断面図である。各モジュール１３０−１〜ｎは、水素流通路１７ａと、水素流通路１７ａに連通する水素流通経路８４ａによって、さらに、水素流通路１７ｂと、水素流通路１７ｂに連通する水素流通経路８４ｂによって、それぞれマニホールドが構成されている。そして、水素通路１７ａが燃料流入通路である場合には、水素通路１７ａと水素流通経路８４ａで構成されるマニホールドが、入口マニホールドとなり、水素通路１７ｂと水素流通経路８４ｂで構成されるマニホールドが、出口マニホールドとなる。逆に、水素通路１７ａが燃料流出通路である場合には、水素通路１７ａと水素流通経路８４ａで構成されるマニホールドが、出口マニホールドとなり、水素通路１７ｂと水素流通経路８４ｂで構成されるマニホールドが、入口マニホールドとなる。
【００４１】
また、単位のモジュール１３０−１〜ｎ内においても、積層されたセパレータ１３と単位セル１５とで構成された各燃料室３０間で水素ガス流量の差が生ずること抑制できる。さらに、燃料電池スタック１００に供給された水素ガスは、繰り返し、モジュール１３０−１〜ｎ内を流れるので、燃料室３０の燃料極に接触する機会が増え、反応効率が向上する。  
そして、モジュール１３０−１〜ｎの積層方向における両端には、電極板が重ねられ、燃料電池スタック１００の電極に接続されている。
【００４２】
図１２は、燃料ガスが最後に通過するモジュール１３０−ｎの構成を示す模式図である。モジュール１３０−ｎの一方の端面には、一方の電極板Ｄが重ねられている。隣接するモジュール１３０−（ｎ−１）から送られる燃料ガスは、水素流通路１７ａから各セパレータによって構成される燃料室３０へ供給される。水素流路１７ａから多数の燃料室３０で構成された流路へ燃料ガスが流入する際、ガスの流れる方向が急激に変更され、屈曲した流路が構成される。通常、流路が湾曲している場合には、湾曲の外側と内側で流速に違いが生じ、流速は、外側が早く、内側が遅くなる。同様に、屈曲した流路の内側と外側では、ガスの流速に違いが生じ、外側が速く、内側は遅くなる。
【００４３】
これに限らず、他のモジュール１３０−１〜（ｎ−１）の単位セルから基準電圧を検出してもよい。この場合には、電極板Ｄによる放熱の影響が一層受けにくく、かつガス流が一層十分に得られる燃料室３０の単位セル１５を選択することができる。また、この場合には、モジュール単位で異常が発生した場合、出力電圧を比較することによって、異常検出が可能となる。
【００４４】
図１３は、燃料電池スタック１００の正面図である。水素通路１７ａの水素ガス流入部分には、整流手段としての導入案内路１８ａが設けられている。この導入案内路１８ａは、ガス導入口１８１ａが、燃料ガス供給流路２０１と同じ断面形状を有し、ガス導出口１８２ａが、水素通路１７ａと同じ断面形状を有している。そして、ガス導入口１８１ａからガス導出口１８２ａまでの流路１８３ａは、横断面の幅が漸増し、水素通路１７ａの横断面におけるガス流速の分布が均一となるように、ガス流を案内する。さらに、流路１８３ａには、整流板１８４ａが設けられ、ガス流の圧力損失を抑制しつつ、水素ガスを導く構成となっている。そして、ガス導出口１８２ａが燃料供給口１７１ａに接続されている。
【００４５】
図１４は、燃料電池スタック１００の背面図である。燃料電池スタック１００の水素ガス流出部分には、導出案内路１８ｂが設けられている。この導出案内路１８ｂは、ガス導入口１８１ｂが、水素通路１７ａと同じ断面形状を有し、ガス導出口１８２ｂが、水素導出路２０３と同じ断面形状を有している。そして、ガス導入口１８１ｂからガス導出口１８２ｂまでの流路１８３ｂは、横断面の幅が漸減し、さらに、流路１８３ａには、整流板１８４ａが設けられ、ガス流の圧力損失を抑制しつつ、水素ガスを導く構成となっている。そして、ガス導入口１８１ｂが燃料排出口１７１ｂに接続されている。  
以上のような燃料電池スタック１００の構成によって、燃料電池スタック１００に流入した水素ガスは、圧力損失が抑制され、各燃料電池セパレータ１３の燃料室３０へ均一に水素ガスが供給される。
【００４６】
次に、図１に基づき、燃料電池システム１の構成について説明する。  
燃料供給系１０は、燃料ボンベである高圧水素タンク１１と、燃料ガス供給流路２０１と、燃料ガス供給流路２０１に設けられたガス供給弁Ｖ１とを備えている。燃料ガス供給流路２０１の一端は、高圧水素タンク１１に接続され、他端は、燃料電池スタック１００の導入案内路１８ａを介して、燃料電池スタック１００の燃料供給口１７１ａに接続されている。
【００４７】
燃料ガス供給流路２０１は、燃料ボンベである高圧水素タンク１１から放出された水素を燃料電池スタック１００の燃料供給口１７１ａへ送る。燃料ガス供給流路２０１には、水素一次圧調圧弁ＬＶが高圧水素タンク１１の下流に設けられている。そして、水素圧調圧弁ＬＶの下流には、ガス供給弁Ｖ１が設けられる。水素圧調圧弁ＬＶによって、燃料電池スタック１００へ供給するために適した圧力（燃料ガス流路内圧）に調整される。
【００４８】
燃料ガス供給流路２０１には、ガス供給弁Ｖ１の下流側には、空気導入路２０２が接続されおり、空気導入路２０２には、空気供給弁Ｖ４が設けられ、その上流側には、フィルタ２７が設けられている。  
燃料電池スタック１００では、図３に示されているように、水素通路１７ａから水素ガスが水素流通経路８４ａへ流入し、さらに、水素流通経路８４ａから水素流路３０１、３０２へ流入する。水素流路３０１、３０２において、燃料極へ水素が供給され、残った水素ガスは、水素流通経路８４ｂから水素通路１７ｂへ流入する。
【００４９】
燃料電池スタック１００の燃料排出側には、燃料ガス循環流路２０３が接続されている。燃料ガス循環流路２０３の一端は、導出案内路１８ｂを介して、燃料電池スタック１００の燃料排出口１７１ｂに接続され、他端は、燃料ガス供給流路２０１に接続され、燃料ガス循環流路２０３と燃料ガス供給流路２０１の一部とによって、燃料ガスの循環回路が形成される。この循環回路内においては、燃料ガスが、燃料電池スタック１００、燃料ガス循環流路２０３、ガス供給路２０１、燃料電池スタック１００の順に循環して流れる。
燃料ガス供給流路２０１には、空気導入路２０２の接続部と、燃料ガス循環流路２０３の接続部との間に、減圧用遮断電磁弁Ｖ５が設けられている。
【００５０】
また、燃料ガス循環流路２０３には、ガス導出路２０４の一端が接続され、ガス導出路２０４の他端は外部に開放された排出口２６となっており、またガス導出路２０４には、排気電磁弁Ｖ６が設けられている。  
燃料ガス循環流路２０３には、水回収タンク２１が接続され、その下流側には、循環ポンプ２５が接続され、その下流側（吐出口側）に減圧排出路２０５の一端が接続されている。減圧排出路２０５の他端は、燃料ガス排出流路２０４に接続され、排気電磁弁Ｖ６の下流側にガスを合流させる構成となっている。また、減圧排出路２０５には、減圧電磁弁Ｖ３が設けられている。
【００５１】
燃料ガス循環流路２０３において、減圧排出路２０５の接続部の下流側には、循環電磁弁Ｖ２が設けられている。循環回路内に燃料ガスを循環させる場合には、循環電磁弁Ｖ２を開放し、循環ポンプ２５を駆動させる。  
また、排気電磁弁Ｖ６を開放することによって、水回収タンク２１内の水が、ガス導出路２０４を介して、燃料ガスとともに排出される。
【００５２】
循環ポンプ２５は、燃料ガスを燃料電池スタック１００から排出する際にも駆動する。この場合には、循環電磁弁Ｖ２を閉じ、減圧電磁弁Ｖ３を開いた状態となる。  
また、燃料ガス供給流路２０１には、圧力センサＳ１が接続され、燃料電池スタック１００の燃料極に供給されるガス圧がモニタされている。燃料電池スタック１００には、既述の通り、単位セル毎の出力電圧を検出するセンサＳ１〜３が設けられている。  
各弁Ｖ１〜Ｖ６は、電気的に開閉制御可能に構成されている。なお、水回収タンク２１は、燃料電池スタック１００から、燃料ガスとともに排出された生成水を溜める貯留タンクとして機能する。
【００５３】
さらに、燃料電池システム１には、図示しないが、燃料電池システムをイグニッションによる起動・停止を行うスタートスイッチが備えられている。イグニッションキーでなくても、ＯＮ／ＯＦＦスイッチでも構わない。また、燃料電池システムが、図示しない外部負荷に接続されている期間を通常運転時とする。
【００５４】
以上のような構成において、燃料電池システム１により電力出力される通常運転状態では、空気ファン等によって、燃料電池スタック１００の空気流路４０に空気が供給され、同時に、燃料供給系１０からは水素ガスが燃料電池スタック１００に供給される。そして、燃料電池スタック１００内では、発電反応が継続され、電力と、反応により生成された生成水が発生する。このような発電反応は、酸素極に空気を、燃料極に水素ガスを供給することにより維持される。本発明では、通常運転状態（通常発電状態）とは、燃料電池システム１が、外部負荷と接続され、負荷に応じて発電している状態を言う。  
燃料電池始動時とは、燃料電池システムのスタートスイッチが押され（イグニッションキーがオンされ）、燃料電池システム１が外部負荷に接続されるまでの期間が当てはまる。
【００５５】
次に、燃料電池システム１の回路構成について説明する。図１５は燃料電池システム１の回路構成について説明するための概略回路図である。スタック１００は負荷装置としてのインバータ５０に接続され、発生した電流をそのインバータ５０に供給する。インバータ５０は、燃料電池スタック１００または蓄電手段６０からの直流電流を交流電流に変換して、負荷装置としてのモータ（例えば車両の車輪を回転させる駆動モータ）Ｍに供給する。ここで、駆動モータＭは発電機としても機能するものであり、車両の減速運転時には、いわゆる回生電流を発生する。この場合、駆動モータＭは車輪によって回転させられて発電するので、車輪にブレーキをかける、すなわち、車両の制動装置（ブレーキ）として機能する。そして、回生電流やスタック１００における発電電流が蓄電手段６０に供給されて蓄電手段６０が充電される。
【００５６】
蓄電手段６０としての二次電池は、いわゆるバッテリ（蓄電池）であり、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が考えられる。なお、蓄電手段６０は、必ずしもバッテリでなくてもよく、キャパシタ（コンデンサ）、フライホイール、超伝導コイル、蓄圧器等のように、エネルギを電気的に蓄積し放出する機能を有するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用してもよい。
【００５７】
スタック１００には負荷制御手段としてのコイル７０及び制御部によってオンオフ制御される半導体スイッチ８０が接続され、半導体スイッチ８０のオンオフにより、スタック１００からの電流がコイル７０を流れるようになっている。半導体スイッチ８０をオンすると図１７に示すようにコイル７０に流れる電流は経時的に増加する。また、半導体スイッチ８０をオフするとコイル７０に流れる電流は経時的に減少する。従って、記憶手段に半導体スイッチ８０のオンオフ制御のデータを格納しておき、このデータに基づいて制御部が半導体スイッチ８０のオンオフを制御することで図１７に示すように低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷（三角波により表される負荷）を作り出すことができる。
【００５８】
なお、インバータ５０にはスタック１００及び蓄電手段６０が並列的に接続されているので、負荷制御手段の制御による低負荷での運転によってスタック１００からの出力が小さくなった場合には、蓄電手段６０からの電流がスタック１００へ逆流することになる。この逆流防止のためにダイオード９０が設けられている。このため、蓄電手段６０からの電流はすべてインバータ５０へ供給されるようになっている。
【００５９】
次に、ドライアップの検出方法について説明する。スタック１００におけるドライアップの発生確率の高い場所に位置する単位セル１５（すなわち、ドライアップを起こしやすい単位セル１５）、ドライアップの発生確率の低い場所に位置する単位セル１５（すなわち、通常の単位セル１５）には、該当する単位セル１５の起電力を測定するための図示されない電圧計が取り付けられている。そして、ドライアップを起こしやすい単位セル１５と通常の単位セル１５との起電力の差が所定値を超えた場合には、ドライアップが生じる予兆と判断して、ドライアップフラグがセットされ、ドライアップ対策処理（図１６参照）が実行される。
【００６０】
ドライアップを起こしやすい単位セル１５は例えば次のようにして特定する。内部に導入される水素ガスの流れが図１０に示すようにセルモジュール１３０毎に折り返す（蛇行する）構造のスタック１００においては、水素ガス導入路１８ａ側のモジュール１３０ほど水素ガスの流速及び圧力が高く、導出案内路１８ｂに近づくほど水素ガスの流速が低くなる。そして、水素ガスの流速及び圧力が高いほど燃料極１５ｃから水分を奪いやすいと考えられるので、水素ガス導入路１８ａ側に近いモジュール１３０ほどドライアップを起こしやすいと考えられる。また、水素ガスの流れは、既述のように、セルモジュール１３０毎に折り返す（蛇行する）ため、蛇行の外側に位置する単位セルがドライアップし易すく、１０セル単位でモジュールが構成された本実施形態では、水素ガス導入路１８ａから、数えて、第１番目、第２０番目、第２１番目、第４０番目、第４１番目、第６０番目、第６１番目・・・の各単位セル１５が、ドライアップを起こしやすいと考えられる。
【００６１】
従って、ドライアップを起こしやすい単位セルは、ドライアップを起こしやすいセルモジュール１３０−１における水素ガス導入路１８ａに最も近い単位セル１５であると考えられる。ただし、スタック１００内部及びセルモジュール１３０内部における水素ガスの流れは必ずしも一様ではなく、その構造等によって流速及び圧力が局所的に変化する。そのため、必ずしもセルモジュール１３０−１における水素ガス導入路側１８ａ側に最も単位セルがドライアップを起こしやすいということができない。そこで、各単位セルごとの電圧の変化を測定することで、ドライアップを起こしやすい単位セルをより正確に特定することが考えられる。なお、通常の単位セルとは、ドライアップを起こしにくい単位セル１５のことであり、適宜の単位セル１５（例えば、ドライアップを起こしやすい単位セル以外のセルの中から）を選択する。
【００６２】
上記説明した燃料電池システム１は、制御部として、図示されないＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する。この制御部は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、各部を制御する。また、各センサＳ１〜４やドライアップを起こしやすい単位セル１５や通常の単位セル１５に接続された電圧計の検出値は、制御部に供給される。制御部は、各電磁弁Ｖ１〜６の開閉、及び、ポンプ２５の駆動停止、駆動開始を制御する。また、制御部は、ドライアップを起こしやすい単位セル１５や通常の単位セル１５に接続された電圧計の出力に基づき、スタック１００においてドライアップが発生したものと判断した場合にはドライアップ対策処理を実行する。さらに、制御部は、半導体スイッチのオンオフを制御することで図１７に示すように低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷（三角波により表される負荷）を作り出す。
【００６３】
以上のような構成を有する燃料電池システム１は、以下のような動作を行う。図１６は、燃料電池システム１の制御動作を示すフローチャートである。以下の制御動作は、制御部における制御動作として実行される。
【００６４】
イグニッションＯＮなど、起動を始める動作が確認されると、起動処理が実行される。起動処理は、例えば、ポンプ２５の起動、水素循環切替弁Ｖ２の閉鎖、減圧電磁弁Ｖ３、減圧用遮断電磁弁Ｖ５及び排気電磁弁Ｖ６の開放を行う。これにより、置換ガスの排出経路が確保される。次に、ガス供給弁Ｖ１を開放する。ガス供給弁Ｖ１の開放によって、燃料ガスが燃料電池スタック１００内に流入し、燃料電池スタック１００内の置換ガスは、供給される燃料ガスによって押し出され、排出口２６から排出される。
【００６５】
置換ガスから燃料ガスに十分に交換されるように、所定時間が経過するまで、上記状態を維持し、所定時間経過後、減圧電磁弁Ｖ３及び排気電磁弁Ｖ６を閉じる。これにより、起動処理が終了する。電圧センサＳ１〜３を介して、単位セルの電圧検出値の取得を開始する。循環電磁弁Ｖ２を開放し循環回路の燃料ガスの循環を開始し、定常運転時の制御に移行する。定常運転状態では、循環回路内を燃料ガスが循環し、該ガス供給弁Ｖ１の開放が行われて、燃料ガスが補給される。
【００６６】
定常運転が行われている間、ドライアップフラグがセットされているか否かが判定される（ステップＳ１０１）。なお、ドライアップを起こしやすい単位セル１５と通常の単位セル１５との起電力の差が所定値を超えたと判定された場合に、ドライアップフラグがセットされるようになっている。
【００６７】
ドライアップフラグがセットされていると判定されないと（ステップＳ１０１：ＮＯ）、定常運転を継続する（ステップＳ１１１）。この場合、ステップＳ１０３以下の処理は行わない。一方、ドライアップフラグがセットされていると判定されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、さらにバッテリ残量（蓄電残量）が規定残量を超えたか否かが判定される（ステップＳ１０３）。バッテリ残量が規定残量（予め定められた規定残量）を下回っている（バッテリ残量＜規定残量）ということは、低負荷領域で運転中のスタック１００からの電流をバッテリ（蓄電手段）６０からの電流で補えないこと、つまりスタック１００及びバッテリ６０からの電流がモータＭ等の負荷装置の実要求負荷と一致しないこと（電力不足であること）を意味する。
【００６８】
そこで、バッテリ残量が予め定められた規定残量を下回っている場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、スタック１００及びバッテリ６０からの電流がモータＭ等の負荷装置の実要求負荷と一致するように、車両出力制御を行う（ステップＳ１０５）。車両出力制御としては、例えば、アクセルを踏み込んでも（車両出力制御をしない場合と比較して）加速しないようにモータＭを制御することが考えられる。
【００６９】
また、エアコンが負荷装置であるならば、エアコンの設定温度を予め定められた温度分だけ低下させることも考えられる。なお、バッテリ残量が予め定められた規定残量を上回っている又は一致する（バッテリ残量＞＝規定残量）ということは、低負荷におけるスタック１００からの電流をバッテリ６０からの電流で補えること、つまりスタック１００及びバッテリ６０からの電流がモータ等の負荷装置の実要求負荷と一致する又は上回ること（電力不足でないこと）を意味する。そこで、バッテリ残量が予め定められた規定残量を上回っている又は一致する場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５の車両出力制御が行われていればその解除を行う（ステップＳ１０７）。
【００７０】
次に、三角波形パターン制御（ステップＳ１０９）が行われる。すなわち、記憶手段に格納された半導体スイッチ８０のオンオフ制御のデータに基づいて、半導体スイッチ８０のオンオフが制御され、これによって図１７に示すように低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷（三角波により表される負荷）が作り出される。高負荷領域（図１７中、山及び山付近）での運転によって、スタック（燃料電池）１００の温度は上昇するが、低負荷領域（図中谷及び谷付近）での運転によって、温度上昇は抑制され、トータルとしての温度は一定値に落ち着くことになる。
【００７１】
つまり、高負荷で連続発電することがなくなるから、高負荷で連続発電することによってスタック（燃料電池）１００の温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷領域での運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。また、この三角波形パターン制御の間にスタック１００において発電された電流（電力）は、モータＭ等の負荷装置に供給されるとともに、バッテリ６０にも供給されバッテリ６０が充電されることになる。なお、このステップＳ１０９の三角波形パターン制御と並行して、ステップＳ１０５の車両出力制御も行われているものとする。
【００７２】
この三角波形パターン制御を実行しつつリターンされる。そして、再度、ドライアップフラグ がセットされているか否かが判定される（ステップＳ１０１）。そして、ドライアップフラグがセットされていないと判定されると（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０５の車両出力制御が解除されるとともに三角波形パターン制御も解除され、定常運転に戻る（ステップＳ１１１）。以後、上記と同様に、ステップＳ１０１以下の処理が行われる。
【００７３】
次に、上記実施形態の参考例及び変形例について説明する。
【００７４】
上記実施形態では、ドライアップフラグがセットされた場合に、ドライアップ対策処理（図１６参照）が実行されるように説明したが、参考例として、定常的に、あるいは、決定された動作タイミングで（例えば、タイマによって一定時間計時されるごとに、つまり定期的に）ドライアップ対策処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、ドライアップを未然に防止することが可能となる。
【００７５】
また、上記実施形態では、負荷制御手段としてコイル７０及び制御部によってオンオフ制御される半導体スイッチ８０を例示し、半導体スイッチ８０のオンオフ制御のデータに基づいて制御部が半導体スイッチ８０のオンオフを制御することで図１７に示すように低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷（三角波により表される負荷）を作り出すように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、コイル７０及び半導体スイッチ８０に代えて、制御部によって抵抗値を制御可能な可変抵抗を用いることによって、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷を作り出すことも考えられる。
【００７６】
また、上記実施形態では、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷が、三角波により表される負荷であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。要は、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷であればよいのであり、例えば、正弦波により表される負荷であってもよい。
【００７７】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。このため、上記の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明が限定的に解釈されるものではない。
本明細書は以下の事項を開示する。
（１） 固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池に特定パターンの負荷を与える負荷制御手段と、
前記固体高分子型燃料電池に接続され、該固体高分子型燃料電池が発電する電力を蓄える蓄電手段と、
前記固体高分子型燃料電池と前記蓄電手段とに接続され、該固体高分子型燃料電池又は前記蓄電手段からの電力の供給を受けて作動する負荷装置とを備え、
前記特定パターンの負荷は、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷であることを特徴とする燃料電池システム。
上記(1)に記載の構成によれば、固体高分子型燃料電池（以下燃料電池という）に特定パターンの負荷が与えられる。この特定パターンの負荷として、例えば、（負荷装置の要求負荷にかかわらず）低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷を採用するようにすれば、高負荷領域での運転によって、燃料電池の温度は上昇するが、低負荷（低負荷領域）での運転によって、温度上昇は抑制され、トータルとしての温度は一定値に落ち着くことになる。つまり、高負荷で連続発電することがなくなるから、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。また、ドライアップ防止により、燃料電池電極の損傷防止、耐久性向上も実現できし、さらに、ドライアップすると不可能になる（瞬間的な）高負荷運転も可能になる。
負荷装置（例えばモータ）は、蓄電手段（例えばバッテリ）にも接続され、少なくとも前記固体高分子型燃料電池又は蓄電手段から電力の供給を受けて作動する。従って、負荷装置の実要求負荷と燃料電池が発電する電力とが一致しないとしても（特定パターンの負荷として、例えば、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷を採用した場合、負荷装置の実要求負荷と燃料電池が発電する電力とは一致しないことがある）、蓄電手段から不足の電力を供給することができるので、負荷装置を適切に作動させることが可能となる。
特定パターンの負荷は、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷であるから、高負荷で連続発電することがなくなり、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。
（２） 前記低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷は、三角波により表される負荷であることを特徴とする上記（１）に記載の燃料電池システム。
上記(２)に記載の構成によれば、低負荷と高負荷を周期的に繰り返す負荷は、三角波により表される負荷であるから、高負荷で連続発電することがなくなり、高負荷で連続発電することによって燃料電池温度が上昇し電解質中の水分が失われることを低減できる。また、高負荷（高負荷領域）の運転（発電）によって生成される水で電解質膜を加湿できる。従って、ドライアップを防止できる。ドライアップ防止のために、外部からの加湿量を増加させる必要はない。このため、システムが大型化しかつ複雑化することはない。
（３） 前記負荷制御手段は、定常的に、前記固体高分子型燃料電池に特定パターンの負荷を与えることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システム。
上記(３)に記載の構成によれば、負荷制御手段は、定常的に、燃料電池に特定パターンの負荷を与えるので、ドライアップを未然に防止することができる。
（４） 前記負荷制御手段の動作タイミングを決定する決定手段をさらに備え、
前記負荷制御手段は、前記決定手段によって決定された動作タイミングで、前記固体高分子型燃料電池に特定パターンの負荷を与えることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１に記載の燃料電池システム。
上記(４)に記載の構成によれば、負荷制御手段は、決定された動作タイミングで（例えば、タイマによって一定時間計時されるごとに、つまり定期的に）、燃料電池に特定パターンの負荷を与えるので、ドライアップを未然に防止することができる。
（５） 前記決定手段は、前記固体高分子型燃料電池の電解質膜のドライアップを検出する検出手段を含み、
前記負荷制御手段は、前記検出手段によってドライアップが検出された場合に、前記固体高分子型燃料電池に特定パターンの負荷を与えることを特徴とする上記（４）に記載の燃料電池システム。
上記(５)に記載の構成によれば、負荷制御手段は、ドライアップが検出された場合に、燃料電池に特定パターンの負荷を与えるので、ドライアップによる弊害を最小限に抑えることができる。
（６） 前記蓄電手段の蓄電残量と予め定められた規定残量とを比較し、その比較結果に基づいて、車両出力制御又は車両出力制御の解除を行う手段を備えることを特徴とする上記（１）から（６）のいずれか１に記載の燃料電池システム。
上記(６)に記載の構成によれば、前記蓄電手段の蓄電残量と予め定められた規定残量とを比較し、その比較結果に基づいて、車両出力制御又は車両出力制御の解除を行う手段を備えるので、仮に蓄電手段の蓄電残量が予め定められた規定残量を下回ったとしても車両出力を制御することで必要最低限の車両出力を確保することができる。さらに、その車両出力制御をしている間、特定パターンの負荷が与えられることで、蓄電手段を充電することができる。
（７） 前記固体高分子型燃料電池は、
単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成する集電板を有するセパレータを、単位セルと交互に複数積層すると共に、各燃料ガス流路の入口同士を入口マニホールドで接続しかつ出口同士を出口マニホールドで接続して構成されたモジュールを複数形成し、燃料ガスの流れ方向が、隣接するモジュール間で逆方向になるように、一方のモジュールの出口マニホールドと他方のモジュールの入口マニホールドとを接続し、前記単位セルの積層方向における両端に通電可能に重ね合わせられた一対の電極板を有する燃料電池スタックを含むことを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の燃料電池システム。
上記(７)に記載の構成によれば、固体高分子型燃料電池として特定構造の燃料電池を採用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。
【図２】燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。
【図３】燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。
【図４】燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面側面図（Ｂ‐Ｂ断面図）である。
【図５】燃料電池セパレータの部分断面側面図（Ｃ‐Ｃ断面図）である。
【図６】燃料電池用セパレータの全体背面図である。
【図７】燃料極側の集電部材の部分拡大斜視図である。
【図８】単位セルの断面図である。
【図９】燃料電池スタックの部分平面図である。
【図１０】燃料電池スタックの全体平面図である。
【図１１】水素通路の縦断面を示す燃料電池スタックの部分断面図（Ｄ-Ｄ断面図）である。
【図１２】燃料ガスが最後に通過するモジュールの構成を示す模式図である。
【図１３】燃料電池スタックの全体正面図である。
【図１４】燃料電池スタックの全体背面図である。
【図１５】燃料電池システムの概略回路図である。
【図１６】燃料電池システムの制御動作を示すフローチャートである。
【図１７】ドライアップ解決処理時の負荷パターンである。
【図１８】温度と飽和水蒸気量との関係を表すグラフである（温度が高いほど電解質から水分が蒸発しやすいことを示す）。
【図１９】発電電流量と単位時間あたり生成水量および燃料電池温度の関係の模式図（一定負荷の場合）である（負荷が高いと水分が奪われる傾向にあることを示す）。
【符号の説明】
【００７９】
１  燃料電池システム
１００  燃料電池スタック
１３  燃料電池セパレータ
１３０−１〜ｎ  モジュール
１５  単位セル
１７ａ、１７ｂ  水素通路
３  集電部材
３０  燃料室
３２  凸状部
３０１  水素流路
３０２  水素流路
４  集電部材
４０  空気流路
４２  凸状部
４３  導入口
４４  導出口
５０  インバーター
６０  蓄電手段
７０  コイル
８０  半導体スイッチ
９０  ダイオード
８  枠体
９  枠体
１７１ａ  燃料供給口
１７１ｂ  燃料排出口
２０１  燃料ガス供給流路
２０３  燃料ガス排出流路
Ｓ４  圧力センサ
Ｓ１〜３  電圧センサ
Ｖ１  ガス供給弁
Ｖ２  循環電磁弁
Ｖ３  減圧電磁弁
Ｖ４  空気供給弁
Ｖ５  減圧用遮断電磁弁
Ｖ６  排気電磁弁
Ｍ    モータ
【図１】
0004815900.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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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