(57)【要約】      （修正有）【課題】発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池の劣化を最小限にとどめる。【解決手段】電圧立ち上がり検出手段１１が、燃料電池スタック１０への反応ガスの供給開始後の、燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がり状態を検出し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がり状態に基づいて燃料電池スタック１０の内部状態を判断し、この判断結果に基づいて燃料電池スタック１０のその後の運転モードを決定する。これにより、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。【選択図】図２
2005150024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを利用した電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
反応ガス供給開始後の燃料電池スタックの電圧の立ち上がり状態に応じて、燃料電池スタックの運転モードを決定すること
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
反応ガスを利用した電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
反応ガス供給開始後の燃料電池スタックの電圧の立ち上がり状態を検出する電圧立ち上がり検出手段と、
前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて燃料電池スタックの運転モードを決定し、決定した運転モードで燃料電池スタックを動作させる制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記電圧立ち上がり検出手段は、前記燃料電池スタックの電圧値の時間微分係数が正である否かを判別することにより、電圧の立ち上がり状態を判別することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電圧立ち上がり検出手段は、反応ガス供給開始から所定時間経過後の電圧値が所定の閾値を越えたか否かを判別することにより、電圧の立ち上がり状態を判別することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記燃料電池スタックから取り出す負荷電流値を変化させることを特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記燃料電池スタックから取り出す負荷電流値の大きさを通常運転時より小さくすることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記燃料電池スタックから取り出す負荷電流値の大きさを通常運転時より小さくすることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池スタックを加熱するスタック加熱手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記スタック加熱手段の発熱量を変化させること
を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記スタック加熱手段の発熱量を通常運転時より大きくすることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記スタック加熱手段の発熱量を通常運転時より大きくすることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの流量を制御する反応ガス流量制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記反応ガス流量制御手段を制御することにより前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの流量を変化させること
を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記反応ガスの流量を通常運転時より多くすることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記反応ガスの流量を通常運転時より多くするこを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池スタック内に加熱媒体を循環させる循環手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記加熱媒体の流量を変化させること
を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記加熱媒体の流量を通常運転時より多くすることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記加熱媒体の流量を通常運転時より多くすることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池スタック内に加熱媒体を循環させる循環手段と、
前記加熱媒体を加熱する媒体加熱手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記加熱媒体の温度を変化させること
を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記加熱媒体の温度を通常運転時より高くすることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記加熱媒体の温度を通常運転時より高くすることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの圧力を制御する反応ガス圧力制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、前記反応ガス圧力制御手段を制御することにより前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの圧力を変化させること
を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記制御手段は、前記時間微分係数が正である場合、前記反応ガスの圧力を通常運転時より多くすることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記制御手段は、前記所定時間経後の電圧値が前記閾値を越えない場合、前記反応ガスの圧力を通常運転時より多くするこを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記電圧立ち上がり検出手段は、前記燃料電池スタックの端部近傍に位置する少なくとも一組の燃料電池セルの電圧、若しくは、電圧の平均値を測定することにより、電圧の立ち上がり状態を検出することを特徴とする請求項１から請求項２２のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記制御手段は、氷点以下の温度で燃料電池スタックを始動する際に、前記電圧立ち上がり検出手段によって検出された電圧の立ち上がり状態に応じて、燃料電池スタックの運転モードを決定し、決定した運転モードで燃料電池スタックを動作させることを特徴とする請求項２から請求項２３のうち、いずれか１項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】
本発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、発電に適さない状態で発電を継続することによって生じる燃料電池の劣化を最小限にとどめるための技術に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の駆動源としての利用が期待されている固体高分子型燃料電池については、氷点以下の低温環境下において、電極近傍の水分が凍結して反応ガスの拡散が阻害しされたり、電解質膜の電気伝導率が低下する等の問題が生じることが知られている。また、このような低温環境下で燃料電池を起動する際には、水分の凍結によって反応ガス流路の目詰まりが生じたり、電解質膜への反応ガスの進行・到達が阻害されることにより、反応ガスを供給しても電気化学反応が進行せず、燃料電池が起動できないといった不具合が生じることがある。さらに、反応ガス流路内で結露した水分が凍結することによって、ガス経路の閉塞が生じることもある。
【０００３】
このような背景から、近年、燃料電池内部の温度を検出する検出手段を設け、燃料電池内部の温度が氷点以下の温度である時は冷却水ポンプを停止状態とし、燃料電池内部の温度が氷点以上の温度である時には、内部温度の上昇に応じて冷却水ポンプの駆動量を増加させることにより、燃料電池内部で生成水が凍結することを防止する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−３６８７４号公報（段落［００３５］〜［００３７］，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来までの燃料電池システムによれば、発電中の燃料電池状態の判断と、その燃料電池状態に応じた運転状態の最適化は可能であるが、発電開始前に燃料電池の状態を判断することはできない。従って、従来までの燃料電池システムによれば、発電に適しない状態で発電を継続することによって燃料電池が劣化することがあった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池の劣化を最小限にとどめることが可能な、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】
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガス供給開始後の燃料電池スタックの電圧の立ち上がり状態に応じて、燃料電池スタックの運転モードを決定し、決定した運転モードで燃料電池スタックを動作させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムによれば、反応ガス供給開始後の電圧の立ち上がり具合から燃料電池スタックの状態を判断し、判断結果に従って燃料電池スタックのその後の運転モードを決定するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池の劣化を最小限にとどめることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、図１に示すような固体高分子型燃料電池（以下、燃料電池と略記）セルに反応ガスを供給して電力を取り出す処理に適用することができる。なお、図１に示す燃料電池セル１は、フッ素系樹脂等の固体高分子材料によってプロトン伝導性の膜として形成された電解質膜２と、この電解質膜２を挟持するように配設された燃料極３ａ、酸化剤極３ｂ、及びガス流路４ａ，４ｂとを備え、燃料極３ａ及び酸化剤極３ｂは、電解質膜２側に形成され、白金又は白金とその他の金属から成る触媒層５ａ，５ｂと、ガス流路４ａ，４ｂ側に形成されたガス拡散層６ａ，６ｂを有する。なお、上記ガス流路４ａ，４ｂは、ガス不透過性の緻密正カーボン材料等の片面又は両面に配置された多数のリブにより形成され、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスはそれぞれガス流路４ａ，４ｂのガス入口から供給され、ガス出口から排出される。そして、このような構成を有する燃料電池セル１では、燃料極３ａに水素ガスが供給されると、燃料極３ａにおいて以下の電気化学反応が進行して、水素イオンが生成される。
【数１】
2005150024.tif 000003
【０００９】
そして、上記電気化学反応によって生成された水素イオンは、水和状態で電解質膜２を透過（拡散）して酸化剤極３ｂに至り、酸化剤極３ｂ側に空気等の酸素含有ガスが供給されていると、酸化剤極３ｂにおいて、以下の電気化学反応が進行する。これにより、この燃料電池セル１は起電力を生ずる。
【数２】
2005150024.tif 000004
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の第１〜第７の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について詳しく説明する。
【実施例１】
【００１１】
〔燃料電池システムの構成〕
始めに、図２を参照して、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。
【００１２】
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、図２に示すように、上記燃料電池セル１が複数積層されることにより形成された燃料電池スタック１０と、この燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がり状態を検出する電圧立ち上がり検出手段１１と、燃料電池スタック１０が生成した電力を消費する負荷１２と、燃料電池スタック１０を制御するコントロールユニット１３とを主な構成要素として備える。なお、上記コントロールユニット１３は、本発明に係る制御手段として機能する。
【００１３】
ここで、一般に、燃料電池においては、反応ガスが有するエネルギー全てが起電力に変換される訳ではなく、起電力として使用されなかったエネルギーは熱として放出される。そして、このような燃料電池が積層された燃料電池スタックでは、特に燃料電池システムの起動直後や外部雰囲気が低温の場合、燃料電池スタックの両端部からは生成熱の多くが外部雰囲気に放出される一方、中央部では外部雰囲気への放熱が少ない。従って、燃料電池スタックの積層方向の温度分布は、両端部が低く中央部が高い状態となる。このため、一般に、燃料電池スタックでは、その端部や端部近傍の燃料電池において凍結の問題が発生しやすい。従って、上記電圧立ち上がり検出手段１１は、前記燃料電池スタック１０の端部近傍に位置する少なくとも一組の燃料電池セル１の電圧、若しくは、電圧の平均値を測定することにより、燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がりを検出することが望ましい。
【００１４】
〔燃料電池システムの動作〕
このような構成を有する燃料電池システムでは、コントロールユニット１３が、電圧立ち上がり検出手段１１によって検出された、例えば図３に示すような電圧の立ち上がり状態に従って燃料電池スタック１０の運転モードを決定することにより、氷点以下の環境下における運転始動時に、発電に適さない状態で発電を継続することによって生じる燃料電池の劣化を最小限にとどめる。
【００１５】
より具体的には、燃料極３ａ及び酸化剤極３ｂへの反応ガスの供給が阻害されない状況では、図３に示す時刻Ｔ０に反応ガスが供給されることによって燃料電池スタック１０の電圧は上昇し、その後、反応ガスが電解質膜２を透過して反対の極で直接反応することによって燃料電池スタック１０の電圧は低下する。従って、この場合、燃料電池スタック１０の電圧の時間微分係数は図３に示す領域Ａ１のように負となる。
【００１６】
一方、燃料極３ａ及び酸化剤極３ｂへの反応ガスの供給が阻害される状況では、反応ガスが氷の層を透過して燃料極３ａ及び酸化剤極３ｂに到達せざるを得ないために、燃料電池スタック１０の電圧は次第に上昇する。従って、この場合には、燃料電池スタック１０の電圧の時間微分係数は図４に示す領域Ｂ１のように正となる。従って、コントロールユニット１３は、燃料電池スタック１０に負荷を印加して電流を取り出す以前に、燃料電池スタック１０の電圧の時間微分係数を参照して燃料電池スタック１０の内部状態を検出し、この燃料電池スタック１０の内部状態に基づいて燃料電池スタック１０から取り出される負荷電流の大小を決定する。
【００１７】
以下、図４に示すフローチャートを参照して、この起動処理を実行する際のコントロールユニット１３の動作について説明する。
【００１８】
図４に示すフローチャートは、燃料電池スタック１０の起動指示がコントロールユニット１３に入力されることで開始となり、この起動処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ１の処理では、コントロールユニット１３が、外気温度が氷点以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、外気温度が氷点以下でない場合、コントロールユニット１３は、この起動処理をステップＳ１の処理からステップＳ５の処理に進める。一方、外気温度が氷点以下である場合には、コントロールユニット１３は、この起動処理をステップＳ１の処理からステップＳ２の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ２の処理では、コントロールユニット１３が、電圧立ち上がり検出手段１１を制御することにより、図３に示すような燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がり状態を計測する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、この起動処理はステップＳ２の処理からステップＳ３の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ３の処理では、コントロールユニット１３が、計測された電圧の時間微分係数が正であるか否かを判別する。そして、計測した電圧の時間微分係数が正でなく、負である場合、コントロールユニット１３は、この起動処理をステップＳ３の処理からステップＳ５の処理に進める。一方、計測した電圧の時間微分係数が正である場合には、コントロールユニット１３は、この起動処理をステップＳ３の処理からステップＳ４の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ４の処理では、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断し、燃料電池スタック１０から取り出す負荷電流の大きさを制限（小さく）するように燃料電池スタック１０を制御する。これにより、一連の起動処理は終了する。
【００２３】
ステップＳ５の処理では、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０への反応ガスの供給が十分であり、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに十分な状態にあると判断し、燃料電池スタック１０から通常の大きさの負荷電流を取り出すように燃料電池スタック１０を制御する。これにより、一連の起動処理は終了する。
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、コントロールユニット１３が、反応ガスの供給開始後の燃料電池スタック１０の電圧の立ち上がり状態に基づいて燃料電池スタック１０の内部状態を判断し、この判断結果に基づいて燃料電池スタック１０のその後の運転モードを決定するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００２５】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、コントロールユニット１３が、電圧の時間微分係数の正負に従って燃料電池スタック１０の状態を判断するので、燃料電池スタック１０の内部状態を正確に判断することができる。
【００２６】
さらに、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、電圧の時間微分係数が正である場合、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０への反応ガスの供給が阻害されていると判断し、燃料電池スタック１０から取り出す負荷電流の大きさを小さくするので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、電圧立ち上がり検出手段１１が、燃料電池スタック１０の端部、若しくは、端部付近にある燃料電池セル１の電圧を測定することにより、燃料電池スタック１０の電圧を検出するので、最も劣化しやすい位置の燃料電池セル１の劣化を最小限に抑えることができる。
【実施例２】
【００２８】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの動作について説明する。なお、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの構成は、上記第１の実施形態のそれと同じであるので、以下ではその説明を省略する。
【００２９】
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、コントロールユニット１３は、図５に示すように、反応ガスの供給開始時刻Ｔ０から所定時間経過後の時刻Ｔ１に、電圧立ち上がり検出手段１１を制御することにより燃料電池スタック１０の電圧値を検出し、検出された電圧値が閾値Ｖ１を越えるか否かに応じてその後の運転モードを決定する。具体的には、所定時間後における電圧値が閾値Ｖ１を越えている（図５に示す領域Ｂ２）場合、コントロールユニット１３は、反応ガスが燃料極３ａ及び酸化剤極３ｂに正常に供給されていると判断し、燃料電池スタック１０から通常の大きさの負荷電流を取り出すように燃料電池スタック１０を制御する。一方、所定時間後における電圧値が閾値Ｖ１を越えていない（図５に示す領域Ａ２）場合には、反応ガスの供給が阻害されていると判断し、燃料電池スタック１０から取り出す負荷電流の大きさを制限するように燃料電池スタック１０を制御する。
【００３０】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、コントロールユニット１３が、反応ガス供給開始から所定時間後の燃料電池スタック１０の電圧値を検出し、検出した電圧値が所定の閾値以上であるか否かに応じて燃料電池スタック１０の状態を判断する。一般に、燃料電池スタック１０に正常に反応ガスが供給されている場合には、電圧は一端上昇した後に下降するので、このような構成によれば、燃料電池スタック１０の状態を正確に判断することができる。また、コントロールユニット１３は、この判断結果に基づいて燃料電池スタック１０のその後の運転モードを決定するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００３１】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧値が閾値を越えない場合、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０への反応ガスの供給が阻害されていると判断し、燃料電池スタック１０から取り出す負荷電流を小さくするので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【実施例３】
【００３２】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について説明する。
【００３３】
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、図６に示すように、本発明の第１若しくは第２の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池スタック１０を加熱するための電気ヒータや可燃ガスを用いた燃焼器等の加熱装置１４を有する構成となっている。なお、上記加熱装置１４は、本発明に係るスタック加熱手段として機能する。
【００３４】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、加熱装置１４を使用しない、若しくは、加熱装置１４の発熱量を小さくすることにより、加熱装置１４によって使用される電力を小さく、燃料電池システム全体の効率を向上させる。
【００３５】
一方、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合には、コントロールユニット１３は、加熱装置１４を使用する、若しくは、加熱装置１４の発熱量を大きくすることによって燃料電池スタック１０を早急に昇温させ、燃料電池スタック１０が劣化することを防止する。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池スタック１０を昇温するための加熱装置１４を有し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の内部状態に従って、加熱装置１４の発熱量を制御するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００３７】
また、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによれば、電圧の時間微分係数が正、若しくは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧が閾値を越えないことにより、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、加熱装置１４を使用する、若しくは、加熱装置１４の発熱量を大きくすることによって燃料電池スタック１０を早急に昇温させるので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【実施例４】
【００３８】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について説明する。
【００３９】
本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムは、図７に示すように、本発明の第１若しくは第２の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの流量を制御する反応ガス流量制御器１５を有する構成となっている。なお、反応ガス流量制御器１５が制御する反応ガスは、燃料ガス、酸化剤ガスの一方、若しくは、両方のいずれであっても構わない。
【００４０】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、反応ガス流量制御器１５を制御することにより、通常の始動プロセスに従った流量の反応ガスを燃料電池スタック１０に供給する。
【００４１】
一方、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合には、コントロールユニット１３は、反応ガス流量制御器１５を制御することにより、通常の始動プロセス時の流量よりも多い流量の反応ガスを燃料電池スタック１０に供給する。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの流量を制御する反応ガス流量制御器１５を有し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の状態に従って、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの流量を制御するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００４３】
また、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムによれば、電圧の時間微分係数が正、若しくは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧が閾値を越えないことにより、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、通常の始動プロセス時の流量よりも多い流量の反応ガスを燃料電池スタック１０に供給するので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【実施例５】
【００４４】
次に、図８を参照して、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について説明する。
【００４５】
本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムは、図８に示すように、本発明の第１若しくは第２の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池スタック１０内に加熱媒体としてのＬＬＣ（LongLife Coolant）を循環させることにより燃料電池スタック１０の温度を制御するＬＬＣ循環系１６と、ＬＬＣを加熱するための電気ヒータ等のＬＬＣ加熱装置１７とを有する構成となっている。なお、上記ＬＬＣ加熱装置１７は、本発明に係る媒体加熱手段として機能する。
【００４６】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、ＬＬＣ循環系１６を制御することにより、ＬＬＣの流量を増やし、燃料電池スタック１０の温度を速やかに上昇させる。なお、この実施形態では、加熱媒体としてのＬＬＣの流量を増やすことにより燃料電池スタック１０を加熱したが、ＬＬＣを冷却媒体として使用する場合には、ＬＬＣの流量を減らすことによって、燃料電池スタック１０を緩やかな運転条件で起動することができる。
【００４７】
以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池スタック１０内に加熱媒体を循環させるＬＬＣ循環系１６を有し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の状態に従って、加熱媒体の流量を制御するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００４８】
また、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムによれば、電圧の時間微分係数が正、若しくは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧が閾値を越えないことにより、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合には、コントロールユニット１３が、通常の始動プロセス時の流量よりも多い流量のＬＬＣを燃料電池スタック１０内で循環させるので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【実施例６】
【００４９】
次に、図９を参照して、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について説明する。なお、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成は、上記第５の実施形態のそれと同じであるので、以下ではその説明を省略する。
【００５０】
本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムでは、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、ＬＬＣ加熱装置１７を制御することにより、ＬＬＣを昇温し、燃料電池スタック１０の温度を速やかに上昇させる。
【００５１】
以上の説明から明らかなように、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池スタック１０内に循環させる加熱媒体の温度を昇温するＬＬＣ加熱装置１７を有し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の状態に従って、燃料電池スタック１０内に循環させる加熱媒体の温度を制御するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００５２】
また、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムによれば、電圧の時間微分係数が正、若しくは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧が閾値を越えないことにより、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合には、コントロールユニット１３が、通常の始動プロセス時の温度よりも高い温度のＬＬＣを燃料電池スタック１０内で循環させるので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【実施例７】
【００５３】
最後に、図１０を参照して、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムの構成及び動作について説明する。
【００５４】
本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムは、図１０に示すように、本発明の第１若しくは第２の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの圧力を制御する反応ガス圧力制御器１８を有する構成となっている。
【００５５】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、燃料電池スタック１０が通常発電を実行するのに不十分な状態にあると判断した場合、コントロールユニット１３が、反応ガス圧力制御器１８を制御することにより、通常の始動プロセス時の圧力よりも高い圧力の反応ガスを燃料電池スタック１０に供給する。
【００５６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの圧力を制御する反応ガス圧力制御器１８を有し、コントロールユニット１３が、燃料電池スタック１０の状態に従って、燃料電池スタック１０に供給する反応ガスの圧力を制御するので、発電に適さない状態で発電を継続することにより生じる燃料電池スタック１０の劣化を最小限にとどめることができる。
【００５７】
また、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムによれば、電圧の時間微分係数が正、若しくは、反応ガス供給開始から所定時間後の電圧が閾値を越えないことにより、燃料電池スタック１０は通常発電を実行するのに不十分な状態であると判断した場合、コントロールユニット１３が、通常の始動プロセス時の圧力よりも高い圧力の反応ガスを燃料電池スタック１０に供給するので、燃料電池スタック１０の劣化量を低減できる。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態となる固体高分子型燃料電池の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す燃料電池スタックの電圧の立ち上がりの様子を示す図である。
【図４】図２に示す燃料電池システムの起動処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：燃料電池セル
１０：燃料電池スタック
１１：電圧立ち上がり検出手段
１２：負荷
１３：コントロールユニット
１４：加熱装置
１５：反応ガス流量制御器
１６：ＬＬＣ循環系
１７：ＬＬＣ加熱装置
１８：反応ガス圧力制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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