(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池内に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記インピーダンス測定手段によって測定されたインピーダンスが所定の閾インピーダンス値以上であり、且つ前記燃料電池に現在の出力電流よりも大きな要求出力電流が要求されたことに応じて前記出力電流が前記要求出力電流まで上昇する過程で所定の閾電流値に到達したとき、出力電流を前記閾電流値に維持して発電を継続することで前記固体高分子電解質膜に湿分を付与する湿分付与期間を経た後、前記出力電流を前記要求出力電流となるまで上昇させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の制御方法において、前記閾電流値での発電を、予め設定された所定時間が到達するまで継続することを特徴とす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記載の制御方法において、前記閾電流値での発電後、前記出力電流を前記要求出力電流となるまで一定の速度で上昇させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御方法において、前記インピーダンスが大きい程、前記閾電流値での発電を行う時間を長くすることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御方法において、前記閾電流値と前記要求出力電流との差が大きい程、前記出力電流を緩やかに上昇させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【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に関し、一層詳細には、燃料電池のインピーダンスが大きなときに電解質膜が乾燥することを回避するための燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性の高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体がセパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成される。発電セルは、通常、所定の数で積層され、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれる。
【０００３】
燃料電池は、アノード電極に供給された燃料ガス（例えば、水素ガス）と、カソード電極に供給された酸化剤ガス（例えば、圧縮空気）とが電気化学反応を起こすことによって発電する。この際、アノード電極ではプロトンが生成し、該プロトンが電解質膜内を伝導してカソード電極に移動する。一方、カソード電極では、プロトン、電子、酸化剤ガス中の酸素によって水が生成する。
【０００４】
プロトン伝導を生じさせるには、電解質膜を湿潤状態とする必要がある。このため、前記生成水と、酸化剤ガスに付与された湿分とで電解質膜が湿潤状態を維持するようにしている。しかしながら、例えば、燃料電池の出力電流が小さいときには上記の電気化学反応が促進されなくなるので、生成水の量が少なくなる。従って、電解質膜が乾燥する傾向となる。このような状態となると、燃料電池のインピーダンスが上昇する。
【０００５】
特許文献１には、インピーダンスを測定できないときには、インピーダンスを推定して湿潤状態とするための運転を行うことや、燃料電池を乾燥状態にて運転することを禁止する制御を行うことが記載されている。すなわち、電解質膜が乾燥することを回避するような運転を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３５０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるように推定値を用いる場合、如何なる程度の湿分を電解質膜に付与すればよいのかを正確に求めることができない。このため、電解質膜が乾燥することを防止し得るような高精度な制御であるとは言い難い側面がある。
【０００８】
また、燃料電池を運転することを強制的に禁止してしまうと、燃料電池から電流を取り出すことが困難となる。従って、例えば、燃料電池車両において運転者が加速を行おうとしているとき等に対応し得ない懸念がある。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、インピーダンスが大きいときに大きな出力電流が要求されたときであっても燃料電池の内部抵抗が上昇することを回避可能な燃料電池システムの制御方法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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、固体高分子電解質膜を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池内に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記インピーダンス測定手段によって測定されたインピーダンスが所定の閾インピーダンス値以上であり、且つ前記燃料電池に現在の出力電流よりも大きな要求出力電流が要求されたことに応じて前記出力電流が前記要求出力電流まで上昇する過程で所定の閾電流値に到達したとき、出力電流を前記閾電流値に維持して発電を継続することで前記固体高分子電解質膜に湿分を付与する湿分付与期間を経た後、前記出力電流を前記要求出力電流となるまで上昇させることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明においては、インピーダンスが所定の閾インピーダンス値以上であるときに大きな出力電流が要求された場合には、燃料電池から取り出す出力電流を閾電流値で一定とした状態で、該燃料電池を、所定条件が満足されるまで発電させるようにしている。この発電の間、電極での電気化学反応が促進されるために生成水の量が増加するので、固体高分子電解質膜に十分な湿分が付与される。
【００１２】
そして、固体高分子電解質膜がこのようにして湿潤状態となった後に、出力電流が要求出力電流まで上昇される。この際、固体高分子電解質膜が十分なプロトン伝導を示すので、燃料電池の内部抵抗が上昇することが回避される。しかも、燃料電池が発電しているので、該燃料電池から電流を取り出すことが困難となることがない。以上のような理由から、出力電流を大きくすることが要求されたとき、その要求に迅速に対応することができる。
【００１３】
閾電流値での発電は、例えば、予め設定された所定時間が到達するまで継続すればよい。又は、閾電流値での発電における積算電流値が予め設定された所定値に到達するまで継続するようにしてもよい。
【００１４】
この制御を行うに際しては、前記閾電流値での発電後、出力電流を要求出力電流となるまで一定の速度で上昇させることが好ましい。この場合、出力電流が円滑に変化する。従って、例えば、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両を操作する運転者が、燃料電池車両の加速度が変動して運転者が違和感を覚えること等を回避することができる。
【００１５】
なお、閾電流値での発電を開始するに当たってはインピーダンスを確認し、その値が大きい程、該閾電流値での発電を行う時間を長くすることが好ましい。発電開始時のインピーダンスが大きいことは、固体高分子電解質膜が乾燥する傾向にあることを示すが、この場合には閾電流値での発電を長時間とするので、固体高分子電解質膜に十分な湿分が付与される。従って、出力電流を要求出力電流まで上昇させたときに、燃料電池の内部抵抗が上昇することを回避することができる。
【００１６】
閾電流値と要求出力電流との差が大きいときには、出力電流の上昇速度を小さくすることが好ましい。換言すれば、このようなときには出力電流を緩やかに上昇させる。これにより出力電流が急激に変化することが回避されるので、例えば、燃料電池車両を操作しているとき、燃料電池車両の加速度が短時間で大きく変動することが回避される。従って、運転者が違和感を覚えることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インピーダンスが所定の閾インピーダンス値以上であるときに大きな出力電流が要求された場合、出力電流を即座に要求出力電流まで上昇させるのではなく、該燃料電池を、所定の閾電流値で、予め設定された所定時間が到達するまで発電させるようにしている。この一定電流値での発電の間に生成水の量が増加するので、固体高分子電解質膜に十分な湿分が付与される。
【００１８】
そして、上記のようにして固体高分子電解質膜が湿潤状態となった後に出力電流が要求出力電流まで上昇される。この際、湿潤した固体高分子電解質膜が十分なプロトン伝導を示すことから、燃料電池の内部抵抗が上昇することが回避される。しかも、燃料電池が発電しているので、該燃料電池から電流を容易に取り出すことができる。このため、インピーダンスが大きいにも関わらず燃料電池の出力電流を大きくすることが要求されたとき、その要求に迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御方法が適用される燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記制御方法によって制御される出力電流を、変化するインピーダンスとともに示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る燃料電池システムの制御方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態では、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載されるものを例示する。
【００２１】
先ず、燃料電池システムにつき、その概略構成説明図である図１を参照して説明する。この燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２（燃料電池）を備える。
【００２２】
燃料電池スタック１２は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１４と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置１８とを備える。本実施の形態では、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして圧縮空気を用いる。燃料電池システム１０は、さらに、エネルギ貯蔵装置であるバッテリ２０（蓄電池）と、システム制御装置である制御部２２と、インピーダンス測定部２３とを備える。
【００２３】
図１では、理解を容易にするべく制御部２２とインピーダンス測定部２３を個別に示しているが、実際には、インピーダンス測定部２３は制御部２２の一部を構成する。該インピーダンス測定部２３は、後述するように、燃料電池スタック１２（発電セル２４）のインピーダンス値に基づいて固体高分子電解質膜３２が乾燥する傾向であるか湿潤する傾向であるかを判断する。
【００２４】
燃料電池スタック１２は、複数の発電セル２４が図１中の矢印Ａ方向（水平方向又は鉛直方向）に積層されて構成される。ここで、発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６を第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０で挟持したものである。第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０は、金属又はカーボンからなる。
【００２５】
電解質膜・電極構造体２６は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜３２と、前記固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。固体高分子電解質膜３２としては、上記のようなフッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を採用することもできる。
【００２６】
第１セパレータ２８には、電解質膜・電極構造体２６との間に、アノード電極３４に水素ガスを供給するための水素ガス流路（燃料ガス流路）３８が設けられる。一方、第２セパレータ３０には、電解質膜・電極構造体２６との間に、カソード電極３６に空気を供給するための空気流路４０が設けられる。互いに隣接する第１セパレータ２８と第２セパレータ３０との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路４２が形成される。
【００２７】
燃料電池スタック１２には、水素ガス入口４４ａ、水素ガス出口４４ｂ、空気入口４６ａ、空気出口４６ｂ、冷却媒体入口４８ａ及び冷却媒体出口４８ｂが設けられる。この中の水素ガス入口４４ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の供給側に連通する。同様に、水素ガス出口４４ｂも各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の排出側に連通する。水素ガス流路３８、水素ガス入口４４ａ及び水素ガス出口４４ｂにより、アノード流路が構成される。
【００２８】
同様に、空気入口４６ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の供給側に連通する。空気出口４６ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の排出側に連通する。空気流路４０、空気入口４６ａ及び空気出口４６ｂにより、カソード流路が構成される。
【００２９】
さらに、冷却媒体入口４８ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の供給側に連通する。冷却媒体出口４８ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の排出側に連通する。
【００３０】
燃料ガス供給装置１４は、高圧水素ガスを貯留する水素タンク５０を備え、この水素タンク５０は、水素ガス供給路５１（燃料ガス供給流路）を介して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに接続される。水素ガス供給路５１は、燃料電池スタック１２に水素ガスを供給する。
【００３１】
水素ガス供給路５１は、主流路５２と水素側バイパス流路５３とを有する。主流路５２には、インジェクタ５４とエゼクタ５６が直列に設けられる。前記水素側バイパス流路５３は、インジェクタ５４の上流側で主流路５２から分岐し、エゼクタ５６の下流側で主流路５２に合流する。すなわち、水素側バイパス流路５３は、インジェクタ５４及びエゼクタ５６を迂回するように設けられている。
【００３２】
水素側バイパス流路５３には、ＢＰ（バイパス）インジェクタ６０が介装されている。ＢＰインジェクタ６０は、燃料電池スタック１２に高負荷発電が要求された際等に、高濃度の水素ガスを供給するために使用されるサブインジェクタであり、一方、インジェクタ５４は、燃料電池スタック１２の定常運転時（通常発電時）に主として使用されるメインインジェクタである。
【００３３】
燃料電池スタック１２の水素ガス出口４４ｂには、水素ガス排出路６２（アノードオフガス配管）が接続される。水素ガス排出路６２は、アノード電極３４で少なくとも一部が使用された水素ガスである排出水素ガス（アノードオフガス）を、燃料電池スタック１２から導出する。
【００３４】
水素ガス排出路６２には、気液分離器６４が設けられる。前記気液分離器６４の下流からは水素循環流路６６が分岐し、この水素循環流路６６の下流側が前記エゼクタ５６に接続される。水素循環流路６６には、水素ポンプ６８が設けられる。水素ポンプ６８は、特に起動時に、水素ガス排出路６２に排出されたアノードオフガスを、水素循環流路６６及びエゼクタ５６を介して水素ガス供給路５１に循環させる。
【００３５】
水素ガス排出路６２は、パージ流路７０の一端が連通するとともに、前記パージ流路７０の途上には、パージ弁７２が設けられる。気液分離器６４の底部には、主に液体成分を含む流体を排出する排水流路７４の一端が接続される。排水流路７４の途上には、ドレイン弁７６が配設される。
【００３６】
酸化剤ガス供給装置１６は、空気供給路７８（酸化剤ガス供給流路）に配設された、酸化剤ガス供給機構としてのエアポンプ８０を備える。このエアポンプ８０は、大気（空気）を圧縮して供給するべく、回転駆動手段であるモータを内蔵する圧縮機として構成される。すなわち、エアポンプ８０は、モータが回転することに伴って大気を圧縮し、これにより得た圧縮空気を空気供給路７８から燃料電池スタック１２に供給する。
【００３７】
空気供給路７８は、エアポンプ８０の下流側で燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに接続され、その間に供給側開閉弁（入口封止弁）８２ａ及び加湿器８４が介装される。空気供給路７８には、加湿器８４を迂回するバイパス供給路８６が接続される。バイパス供給路８６には、開閉弁８８が設けられる。
【００３８】
燃料電池スタック１２の空気出口４６ｂには、空気排出路（カソードオフガス排出路）９０が接続される。空気排出路９０は、少なくとも一部がカソード電極３６で使用された圧縮空気である排出圧縮空気（カソードオフガス）を、燃料電池スタック１２から排出する。
【００３９】
空気排出路９０の下流には前記加湿器８４が配設されており、このため、加湿器８４は、エアポンプ８０から供給された圧縮空気とカソードオフガスとの間で水分及び熱を交換する。さらに、空気排出路９０において、加湿器８４の下流側には排出側開閉弁（出口封止弁）８２ｂ及び背圧弁９２が配設される。空気排出路９０の下流には、パージ流路７０の他端及び排水流路７４の他端が接続されて合流しており、これにより希釈部を構成している。
【００４０】
背圧弁９２は、前記カソード流路に供給される圧縮空気の圧力を制御するために設けられる圧力調整弁である。すなわち、カソード電極３６の内圧は、背圧弁９２によって調節される。
【００４１】
空気供給路７８と空気排出路９０とには、供給側開閉弁８２ａの上流側と排出側開閉弁８２ｂの下流側及び背圧弁９２の下流側とに位置して、空気側バイパス流路９４の両端が連通する。空気側バイパス流路９４には、前記空気側バイパス流路９４を流通する空気の流量を調整するＢＰ流量調整弁９６が配設される。
【００４２】
また、空気供給路７８と空気排出路９０とには、供給側開閉弁８２ａの下流側及び排出側開閉弁８２ｂの上流側に位置して、空気循環流路９８が連通する。空気循環流路９８には、循環ポンプ１００が配置される。循環ポンプ１００は、空気排出路９０に排出された排出空気を、空気循環流路９８を通って空気供給路７８に循環させる。
【００４３】
冷却媒体供給装置１８は、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに接続される冷却媒体供給路１０２を備え、前記冷却媒体供給路１０２の途上には、水ポンプ１０４が配置される。冷却媒体供給路１０２は、ラジエータ１０６に接続されるとともに、前記ラジエータ１０６には、冷却媒体出口４８ｂに連通する冷却媒体排出路１０８が接続される。冷却媒体排出路１０８には、冷却媒体出口温度を検出するための温度センサ１１０が配設される。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１０の制御方法につき、該燃料電池システム１０の動作との関係で説明する。
【００４５】
燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両の運転が開始される際、イグニッションがＯＮとされることに伴って燃料電池スタック１２が起動される。このとき、制御部２２は、燃料ガス供給装置１４からアノード流路に水素ガスを供給するべく、インジェクタ５４を開放する指令信号を発する。これにより、水素タンク５０から水素ガス供給路５１に供給された所定量の水素ガスが、主流路５２のインジェクタ５４及びエゼクタ５６を通過して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに供給される。
【００４６】
水素ガスは、さらに、水素ガス入口４４ａから水素ガス流路３８に導入され、前記水素ガス流路３８に沿って移動する。これにより、電解質膜・電極構造体２６のアノード電極３４に水素ガスが供給される。
【００４７】
その一方で、制御部２２は、酸化剤ガス供給装置１６から圧縮空気を供給するべく、エアポンプ８０を付勢する指令信号を発する。これに伴い、エアポンプ８０の回転作用下に大気が圧縮され、空気供給路７８に圧縮空気として送気する。この圧縮空気は、加湿器８４を通過する際に加湿された後、燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに供給される。圧縮空気は、空気入口４６ａから空気流路４０に導入された後、前記空気流路４０に沿って移動することによって電解質膜・電極構造体２６のカソード電極３６に供給される。
【００４８】
従って、各電解質膜・電極構造体２６では、アノード電極３４に供給される水素ガスと、カソード電極３６に供給される圧縮空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。加湿器８４にて圧縮空気に付与された湿分の一部は、カソード電極３６から固体高分子電解質膜３２に浸透し、アノード電極３４に到達する。
【００４９】
また、冷却媒体供給装置１８では、水ポンプ１０４の作用下に、冷却媒体供給路１０２から燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路４２に沿って流動し、発電セル２４を冷却した後、冷却媒体出口４８ｂから冷却媒体排出路１０８に排出される。
【００５０】
アノード電極３４に供給されて一部が消費された水素ガスは、アノードオフガスとして水素ガス出口４４ｂから水素ガス排出路６２に排出される。この際、アノードオフガスは、上記のようにしてアノード電極３４に到達した湿分（水分）を同伴する。すなわち、気液分離器６４に導入されるアノードオフガスは、水分を含んだ湿潤ガスである。
【００５１】
気液分離器６４において、アノードオフガス中の水分の大部分が分離される。液分（水）は、ドレイン弁７６が開放されることによって排水流路７４から排出される。一方、水分が分離されたアノードオフガスは、若干残留したミストを含んだ状態で、水素ポンプ６８の作用下に、水素ガス排出路６２から水素循環流路６６に導入される。アノードオフガスは、さらに、水素循環流路６６からエゼクタ５６に吸引され、インジェクタ５４を通過した新たな水素ガスに合流して水素ガス供給路５１からアノード流路に供給される。このように、アノードオフガスは燃料電池スタック１２に循環供給される。
【００５２】
なお、水素ガス排出路６２に排出されたアノードオフガスは、必要に応じて、パージ弁７２の開放作用下に外部に排出（パージ）される。
【００５３】
同様に、カソード電極３６に供給されて一部が消費された圧縮空気は、カソードオフガスとして空気出口４６ｂから空気排出路９０に排出される。カソードオフガスは、加湿器８４を通って空気供給路７８から供給される新たな圧縮空気を加湿した後、背圧弁９２の設定圧力に調整されて希釈部に排出される。なお、空気排出路９０に排出されたカソードオフガスは、必要に応じて、循環ポンプ１００の作用下に空気循環流路９８から空気供給路７８に供給される。この場合、カソードオフガスも燃料電池スタック１２に循環供給される。
【００５４】
以上のようにして燃料電池スタック１２の運転が行われている間、該燃料電池スタック１２、一層具体的には発電セル２４のインピーダンスがインピーダンス測定部２３により測定される。制御部２２は、インピーダンスに関する情報を常時取得している。
【００５５】
燃料電池スタック１２の負荷が小さいときには、燃料電池スタック１２への要求出力電流が小さい。この場合、燃料電池スタック１２の要求空気流量（要求酸化剤ガス流量）も小さい。そこで、制御部２２は、エアポンプ８０に対して「モータを低回転数とする」との指令信号を発する。この信号を受けたエアポンプ８０がモータを低回転数に設定するため、圧縮空気の供給量が少量となる。特に、アイドル状態では、モータが最低回転数となる。
【００５６】
このため、燃料電池スタック１２においては生成水の量が少ない。この分だけ固体高分子電解質膜３２に湿分が付与されなくなるので、プロトン伝導が低減して燃料電池スタック１２（発電セル２４）のインピーダンスが上昇する。
【００５７】
本実施の形態では、インピーダンスに関し、所定の閾インピーダンス値を予め設定して制御部２２に記憶させている。制御部２２は、インピーダンス測定部２３から取得したインピーダンスと、閾インピーダンス値とを比較している。なお、制御部２２には、閾電流値も予め記憶されている。
【００５８】
そして、図２に示すように、インピーダンスが上昇し、閾インピーダンス値に到達したときには、制御部２２は、「固体高分子電解質膜３２が乾燥する傾向にある」と判断する。この状態で、例えば、燃料電池車両の運転者が加速を行うべくアクセルを操作したとき、燃料電池スタック１２への要求出力電流が上昇する。
【００５９】
固体高分子電解質膜３２が乾燥する傾向にあるときには、上記したようにプロトン伝導が低下する傾向で状態であるので、燃料電池スタック１２の出力電流を要求出力電流まで上昇させると、発電セル２４の内部抵抗の上昇を招く。これを回避するべく、本実施の形態においては、出力電流が、制御部２２に記憶された閾電流値に到達したときには、この閾電流値にて発電を行う。
【００６０】
出力電流が上昇しているため、燃料電池スタック１２では、出力電流を閾電流値で一定として発電を行っている間であっても、電解質膜・電極構造体２６での上記の電気化学反応が促進される。すなわち、反応率が上昇する。その結果、カソード電極３６において、電気化学反応の進行に伴う生成水の量が増加する。この生成水が、固体高分子電解質膜３２に湿分として付与されるため、固体高分子電解質膜３２が湿潤状態に戻される。このように、本実施の形態によれば、インピーダンスが大きいときに大きな出力電流が要求されたときであっても、固体高分子電解質膜３２が乾燥することを回避することが可能である。
【００６１】
閾電流値での発電は、例えば、制御部２２に予め設定された所定時間が到達するまで継続される。ここで、閾電流値での発電を開始するときのインピーダンスが大きいときには、閾電流値での発電を可及的に長時間行うことが好ましい。すなわち、インピーダンスが大きい程、この段階での発電時間を長く設定する。これにより、固体高分子電解質膜３２に十分な湿分が付与される。
【００６２】
閾電流値での発電を開始して所定時間が経過した際、制御部２２は、燃料電池スタック１２の出力電流を、要求出力電流まで上昇させる。このようにして、一定値である閾電流値で発電を行っている状態から出力電流を上昇させる状態に遷移するとき、出力電流が加速度を含んで上昇すると、燃料電池車両の加速度が変動して運転者が違和感を覚える場合がある。この不都合を回避するべく、燃料電池スタック１２の出力電流を要求出力電流まで上昇させる際には、上昇速度を一定とすることが好ましい。
【００６３】
特に、閾電流値と要求出力電流との差が大きい程、出力電流を緩やかに上昇させることが好ましい。この場合、前記遷移の後から出力電流が要求出力電流に上昇するに至るまで、燃料電池車両の加速度が緩やかに且つ円滑に変動する。このため、運転者が違和感を覚えることが一層有効に回避される。
【００６４】
要求出力電流に到達した燃料電池スタック１２は、要求に十分に対応することが可能である。固体高分子電解質膜３２に十分な湿分が付与されているため、該固体高分子電解質膜３２が、大きな出力電流が要求される状況下において十分なプロトン伝導を示すからである。すなわち、この際に固体高分子電解質膜３２の乾燥に起因して燃料電池スタック１２の内部抵抗が上昇する懸念が払拭される。
【００６５】
しかも、燃料電池スタック１２が運転されているため、燃料電池スタック１２から電流を取り出すことが困難となることもない。このことも相俟って、燃料電池スタック１２を、要求に十分に対応し得るものとすることができる。
【００６６】
加えて、所定の時間が経過するまで一定の電流値で発電を行うようにしているので、固体高分子電解質膜３２に十分な湿分が付与される。従って、固体高分子電解質膜３２が乾燥することを防止し得る。これは、出力電流を検出する電流センサの測定範囲が広く、一方、インピーダンスを検出するインピーダンス測定部２３が、出力電流が所定の値を超えると検出し得ない場合に有効である。インピーダンスを正確に測定し得ないときであっても、固体高分子電解質膜３２が十分に湿潤状態となるからである。
【００６７】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６８】
例えば、この実施の形態では、閾電流値での発電を、所定時間が到達するまで継続するようにしているが、これに代替し、閾電流値での発電を開始してからの積算電流値が所定値に到達するまで継続するようにしてもよい。
【００６９】
また、燃料電池システム１０は、車載用に特に限定されるものではなく、定置用であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池システム                  １２…燃料電池スタック
１４…燃料ガス供給装置                  １６…酸化剤ガス供給装置
１８…冷却媒体供給装置                  ２２…制御部
２３…インピーダンス測定部              ２４…発電セル
２６…電解質膜・電極構造体              ２８、３０…セパレータ
３２…固体高分子電解質膜                ３４…アノード電極
３６…カソード電極                      ３８…水素ガス流路
４０…空気流路                          ５０…水素タンク
５１…水素ガス供給路                    ５２…主流路
５３…水素側バイパス流路                ５４…インジェクタ
５６…エゼクタ                          ６０…ＢＰイジェクタ
６２…水素ガス排出路                    ６６…水素循環流路
６８…水素ポンプ                        ７８…空気供給路
８０…エアポンプ                        ８４…加湿器
９０…空気排出路                        ９２…背圧弁
９４…空気側バイパス流路                ９６…ＢＰ流量調整弁
【図１】
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【図２】
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