(57)【要約】【課題】環境の変化に応じて燃料電池の発電性能をさらに向上させる。【解決手段】燃料電池（燃料電池スタック３）による発電の際に生成した水を電気分解槽５０にて電気分解して酸素を得て、燃料電池を搭載した移動体の環境を示す環境情報を取得し、該取得した環境情報に応じて電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガスを燃料電池のカソード極に供給する。電気分解は、移動体に搭載され、燃料電池によって駆動されるトラクションモータＭ３の回生電力にて実現することが好ましい。【選択図】          図３
2007048574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池による発電の際に生成した水を電気分解して酸素を得て、前記燃料電池を搭載した移動体の環境を示す環境情報を取得し、該取得した環境情報に応じて前記電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガスを前記燃料電池のカソード極に供給することを特徴とする燃料電池のカソードガス供給方法。
【請求項２】
前記環境情報は標高を示す情報であり、前記標高が高ければ高いほど前記酸素の混合率を増やすことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のカソードガス供給方法。
【請求項３】
前記移動体の現在位置を示す位置情報を取得し、当該位置情報に示される位置での空気の状況を示す空気情報を前記環境情報として取得し、該空気情報に応じて前記酸素と空気との混合率を調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のカソードガス供給方法。
【請求項４】
前記電気分解を、前記移動体に搭載され前記燃料電池によって駆動されるモータの回生電力にて実現することを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の燃料電池のカソードガス供給方法。
【請求項５】
前記電気分解によって前記酸素と同時に得られる水素を燃料ガスとして利用することを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載の燃料電池のカソードガス供給方法。
【請求項６】
燃料電池による発電の際に生成した水を電気分解して酸素を得る電気分解装置と、
前記燃料電池を搭載した移動体の環境を示す環境情報を検出して取得する検知手段と、
を備え、
前記取得した環境情報に応じて前記電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガスを前記燃料電池のカソード極に供給する
ことを特徴とする燃料電池のカソードガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のカソードガス供給方法およびカソードガス供給装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池自動車をはじめとする移動体における燃料電池システムのカソードガス混合およびその供給手法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリーとモータで駆動力を得る電気自動車においては、自動車の制動時には自動車の運動エネルギーで発電機を回して発電し、その電気をバッテリーに充電することでエネルギー効率を高めるいわゆるエネルギー回生技術が利用されている。ところがその一方で、例えばバッテリーが満充電の時に電気自動車が下り坂を走行中の場合などにおいては、バッテリーの充電受け入れ性能・容量以上の電気エネルギーを熱にして外部に捨てるしかなかった。以上のことは、内燃機関とモータとバッテリーとを備えるハイブリッド車についても同様である。また、燃料電池とバッテリーとモータとを備える燃料電池自動車の場合には、当該自動車の運動エネルギーを他のエネルギーに変換する機構を備えていなければ制動時の運動エネルギーを回収することができなかった。
【０００３】
要は、上述の従来技術においては、バッテリーの充電受け入れ性能・容量以上のエネルギーを回収することができないことからエネルギー効率が良くなく、また、燃料電池自動車においてもエネルギー回生の手段を持たない場合にはエネルギー効率が良くないという問題があった。
【０００４】
そこで、このような課題を解決するための技術として、自動車の制動時の運動エネルギーを別の形のエネルギーに変換し、貯蔵することによってエネルギー効率を高くしようという技術が提案されている。具体的には、例えば、電気分解によって得られた酸素を、燃料電池自動車など移動体の加速時にカソードへ供給するようにした新たな技術が提案されている。より具体的には、例えば燃料電池自動車においては、回生電気エネルギーで水の電気分解を行い、水素と酸素を発生させ、その水素は燃料である水素を供給するラインに送り込み、酸素は燃料電池に供給する空気に混ぜることにより、制動時の回生電気エネルギーを冷熱ではなく水素と酸素の形で有効に回収する（あるいは貯蔵する）という技術などである（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−５９９１８号公報
【特許文献２】特開２００２−９８００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池の発電性能を向上させるという観点からすれば、燃料電池カソード側に使われる空気内の酸素濃度調整、ないしは酸素と空気の混合率調整の手法にはまだ十分でない点があると考えられた。つまり、燃料電池のカソード側に使われる空気成分を性能向上のために変更して供給するという手法に関しては、特に環境の変化に応じて最適な運転状況を確保し、発電性能を向上させるという点において十分でない点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、環境の変化に応じて燃料電池の発電性能をさらに向上させることを可能とする燃料電池のカソードガス供給方法およびカソードガス供給装置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】
本発明者は、上述したような従来技術の内容について検討し、燃料電池の発電性能を向上させるために燃料電池のカソード側に使われる空気内の酸素濃度を増やすことに着目した。つまり、カソード側に供給されるいわゆるカソードガス中の酸素濃度を増やして発電性能を向上させるための技術について検討し、その結果、カソードガス中の酸素濃度を単に制御するばかりでなく、当該燃料電池、あるいは燃料電池が搭載された移動体の環境の変化に応じて最適な運転状況を確保して発電性能を向上させることも重要であり、燃料電池カソード側に使われる空気成分に関して性能向上のために適宜変更することについての知見を得るに至った。
【０００８】
本発明はかかる知見に基づくもので、請求項１に記載の発明である燃料電池のカソードガス供給方法は、燃料電池による発電の際に生成した水を電気分解して酸素を得て、燃料電池を搭載した移動体の環境を示す環境情報を取得し、該取得した環境情報に応じて電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガスを燃料電池のカソード極に供給するというものである。この場合における「調整」には、酸素の混合率が１００％の場合も含む。したがって本発明においては環境情報に応じてカソードガスの酸素混合率が上限１００％の範囲内で適宜調整されてからカソード極に供給されることになる。
【０００９】
このカソードガス供給方法においては、燃料電池において生成された水（生成水）を回生電気によって電気分解し、発生する酸素をカソード側空気に混ぜて酸素濃度を増加させることになる。また、発生した酸素を一時的に溜めておくこととすれば、例えば急負荷時などにおいて溜めておいた酸素を状況に応じてカソード側空気に混合することが可能となる。
【００１０】
このカソードガス供給方法は環境情報が標高を示す情報である場合にも適用することができる。この場合には請求項２のように標高が高ければ高いほど酸素の混合率を増やすことが好ましい。例えばある一定の高度を超えたような場合、一時的に溜めておいた酸素をカソード側空気に混合することによって酸素濃度一定値（約２１％）以上を確保することができる。
【００１１】
また、請求項３のように、移動体の現在位置を示す位置情報を取得し、当該位置情報に示される位置での空気の状況を示す空気情報を環境情報として取得し、該空気情報に応じて酸素と空気との混合率を調整することも好ましい。なお、この場合における「空気情報」とは、例えば硫黄分や一酸化炭素などのようなスタックの劣化要因となる成分の空気中に含まれる度合いを示す情報のことをいう。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の燃料電池のカソードガス供給方法は、電気分解を、移動体に搭載され燃料電池によって駆動されるモータの回生電力にて実現するというものである。
【００１３】
また、請求項５のように、電気分解によって酸素と同時に得られる水素を燃料ガスとして利用することも好ましい。同時に得られる水素を燃料ガスに供給すれば燃料電池の発電性能をさらに向上させることが可能となる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載の発明である燃料電池のカソードガス供給装置は、燃料電池による発電の際に生成した水を電気分解して酸素を得る電気分解装置と、燃料電池を搭載した移動体の環境を示す環境情報を検出して取得する検知手段と、を備え、取得した環境情報に応じて電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガスを燃料電池のカソード極に供給するというものである。
【００１５】
このカソードガス供給装置は、燃料電池において生成された水（生成水）を回生電気によって電気分解し、発生する酸素をカソード側空気に混ぜて酸素濃度を増加させる。この場合、発生した酸素を一時的に溜めておくこととすれば、例えば急負荷時などにおいて溜めておいた酸素を状況に応じてカソード側空気に混合することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の燃料電池のカソードガス供給方法によると、電気分解により得られた純粋な酸素の混合率が、当該燃料電池（あるいは燃料電池が搭載された移動体）のその時点での環境に応じて調整されることとなるために、より適切な制御の実現が可能となる。すなわち、カソードガス中の酸素濃度を単に制御するばかりでなく、当該燃料電池（あるいは移動体）の環境変化に応じて最適な運転状況を確保するようにしているため、燃料電池としての発電性能を向上させることができるようになる。例えば標高（あるいは気圧）の変化が検出された場合であれば、この標高（あるいは気圧）の変化に応じた指令値を算出し、標高（気圧）の変化に応じた適切な制御を行うことにより、環境の変化にかかわらず発電性能の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
請求項２のカソード供給方法によると、標高が高いという環境下、標高が高いほど酸素混合率を増やすことによって燃料電池の発電性能向上を図ることができる。また、特にこの場合において、例えばある一定の高度を超えた場合には、一時的に溜めておいた酸素をカソード側空気に混合することによって酸素濃度が一定値（約２１％）以上である状態を確保することができるという利点がある。
【００１８】
また、請求項３のカソードガス供給方法によると、移動体の現在位置に応じた空気情報として例えば硫黄分や一酸化炭素などが空気中に含まれる度合いを取得し、これら硫黄分や一酸化炭素の含有の度合いに応じて最適な運転状況を確保することが可能となる。
【００１９】
さらに、請求項４のカソードガス供給方法においてはモータの回生電力にて電気分解を行うことから、システム全体のエネルギーの有効利用という観点で特に好ましい。
【００２０】
また、請求項５のカソードガス供給方法によると、電気分解によって酸素と同時に得られる水素を燃料ガスとして利用することにより、エネルギーの有効活用、燃料電池の発電性能向上を図ることができる。
【００２１】
請求項６の燃料電池のカソードガス供給装置によると、電気分解により得られた純粋な酸素の混合率が、当該燃料電池（あるいは燃料電池が搭載された移動体）のその時点での環境に応じて調整されることとなるために、より適切な制御の実現が可能となる。すなわち、カソードガス中の酸素濃度を単に制御するばかりでなく、当該燃料電池（あるいは移動体）の環境変化に応じて最適な運転状況を確保するようにしているため、燃料電池としての発電性能を向上させることができるようになる。例えば標高（あるいは気圧）の変化が検出された場合であれば、この標高（あるいは気圧）の変化に応じた指令値を算出し、標高（気圧）の変化に応じた適切な制御を行うことにより、環境の変化にかかわらず発電性能の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１〜図３に本発明の一実施形態を示す。以下に示す実施形態は、移動体の一種である燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）に搭載される燃料電池システムに対して本発明にかかるカソードガス供給方法を適用したものである。本実施形態にかかるカソードガス供給方法は、燃料電池による発電の際に生成した水を電気分解して酸素を得て、燃料電池を搭載した移動体（例えば燃料電池自動車）の環境を示す環境情報を取得し、該取得した環境情報に応じて電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、そのうえで当該混合率が調整されたカソードガス（以下、本実施形態においては「酸化ガス」ともいう）を燃料電池のカソード極に供給するというものである（図１等参照）。
【００２４】
まず、図１に燃料電池システム１のシステム全体図を示す。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池スタック３に燃料ガスである水素ガスを供給するための燃料ガス供給路１０と、酸化ガスとしての空気を供給するためのカソードガス供給路２０と、燃料電池スタック３を冷却するための冷却系統３０と、制御部２とを備えた構成となっている。制御部２は燃料電池システム１における制御手段であり、公知のコンピュータシステムとしての構成を備え、図示しないＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを図示しないＣＰＵ（中央処理装置）が順次実行することにより当該システムを動作させる。
【００２５】
燃料電池スタック３は、水素ガス、空気、冷却液の流路を有するセパレータ及び一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）から構成されるセルを複数積層したスタック構造となっている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード極（燃料極）及びカソード極（空気極）の二つの電極を挟み込んだ構造をしている。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、陰極であるアノード極側には燃料ガスである水素ガスが供給され、陽極であるカソード極側には酸素を含んだ酸化ガス（空気）が供給され、アノード極側では式（１）のような反応を、カソード極側では式（２）のような反応を生じさせて電子を循環させ電流を流すものである。
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（２）
【００２６】
式（２）から判るように、カソード極側では、燃料電池システム１の運転時には常に水分が生成される。後述するように、本実施形態では回生電力を利用してこの生成水を電気分解し、これによって得られた酸素を使ってカソードガス中における酸素と空気との混合率を調整することとしている。また、本実施形態の燃料電池スタック３は個々が上記のような反応を生ずる単セルが直列あるいは並列に多数接続されており、そのアノード極とカソード極との間に所定の電圧（例えば５００Ｖ）を発生させる。各単セルの電圧は図示しない電圧センサにより検出電圧Ｖｃとして取り出されるようになっている。
【００２７】
燃料ガス供給路１０は、燃料ガス供給源（水素タンク）１１から燃料電池スタック３にかけて、元弁（タンク開閉弁またはタンク遮断弁）ＳＶ１、調圧弁ＲＧ、及び燃料電池入口遮断弁ＳＶ２を備えている。また、燃料電池スタック３の出口以降には、燃料電池出口遮断弁ＳＶ３、気液分離器１２および気液分離器用遮断弁ＳＶ４、水素循環ポンプ１４、および逆止弁ＲＶを備えている。
【００２８】
燃料ガス供給源（水素タンク）１１には高圧水素ガスが充填されている。水素タンクとしては高圧水素タンクの他に、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンク、液化燃料タンク等種々のものを適用可能である。元弁ＳＶ１は水素ガスを供給路に供給するか遮断するかが選択される。調整弁ＲＧは、燃料ガス供給源１１からの高圧水素ガスをタンク内圧より低くなるように調整（減圧）する。燃料電池入口遮断弁ＳＶ２や出口遮断弁ＳＶ３は、燃料電池の発電停止時等に閉鎖される。気液分離器１２は、通常運転時において燃料電池スタック３の電気化学反応により生成された水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ４を通じて放出する。水素循環ポンプ１４は、水素オフガスを水素ガス供給路（燃料電池スタック３の入口側）に強制循環させる。逆止弁ＲＶは、水素ガス供給路側からの逆流を防止する。
【００２９】
燃料ガス循環路７０は未反応燃料ガスを燃料電池スタック３に還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけて上述した燃料電池出口遮断弁ＳＶ３、水素循環ポンプ１４および逆止弁ＲＶが配設されている。燃料電池スタック３から排出された低圧の未反応燃料ガスは水素循環ポンプ１４によって適度に加圧され、燃料ガス供給路１０に導かれる。逆止弁ＲＶは燃料ガス供給路１０から燃料ガス循環路７０への燃料ガスの逆流を抑制する。また、この燃料ガス循環路７０から分岐しているアノードオフガス流路７１は燃料電池スタック３から排出された水素オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、希釈器（マフラー）２４に接続されている。このアノードオフガス流路７１の途中には、パージ時に開放されるパージ遮断弁ＳＶ６が設けられている。
【００３０】
カソードガス供給路２０には、エアフィルタ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３が設けられている。これらのうち、エアフィルタ２１は、外気を浄化して燃料電池システム１に取り入れる。コンプレッサ２２は、取り入れられた空気を制御部２の制御信号に基づいて加圧することによって燃料電池スタック３に供給される空気の供給量（空気流量や空気圧）を変更することができるように構成されており、圧縮エアを酸化ガスとして燃料電池スタック３のカソード極へと供給する。加湿器２３は、加圧された空気と空気オフガスとの間で水分の交換を行って適度な湿度を流入した空気に加える。燃料電池スタック３から排出された空気オフガスは希釈器２４に供給されて消音される。なお、本実施形態では詳しくは説明しないが、高濃度酸素空気または純酸素タンクをこのカソードガス供給路２０に設けるかあるいは搭載し、カソード側燃料として使用することも可能であり、こうした場合には酸素濃度の高いカソードガスを供給することが可能である。
【００３１】
また、燃料電池スタック３での電池反応に供した後のカソードオフガス（酸素オフガス）はカソードオフガス流路６０を流れてシステム外に排気される。カソードオフガスは燃料電池スタック３での電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態になっている。ここで加湿器２３は、カソードガス供給路２０を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路６０を流れる高湿潤状態のカソードオフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池スタック３に供給される酸化ガス（カソードガス）を適度に加湿する。燃料電池スタック３に供給される酸化ガスの背圧はカソードオフガス流路６０のカソード出口付近に配設された圧力調整弁６１によって調圧される。カソードオフガス流路６０の途中に設けられている気液分離器１３は、燃料電池スタック３の電気化学反応により生成された水分をカソードオフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ５を通じて放出する。さらにカソードオフガス流路６０の下流は希釈器２４に連通しており、この希釈器２４にカソードオフガスを供給する。希釈器２４はアノードオフガス流路７１の下流にも連通しており、水素オフガスをカソードオフガスによって混合希釈した後にシステム外に排気するように構成されている。
【００３２】
燃料電池スタック３の冷却系統３０は、ラジエ−タ３１、冷却ファン３２、及び冷却ポンプ３３を備えた構成となっており、冷却液を燃料電池スタック３の内部に循環供給するようになっている。
【００３３】
燃料電池スタック３の環境条件を検出するための検知手段として、カソードガス供給路２０には、温度センサＳＴ１、燃料ガス供給路１０には温度センサＳＴ２、冷却系統３０には温度センサＳＴ３が設けられ、各センサの検出信号を制御部２に出力するようになっている。これら温度センサＳＴ１、温度センサＳＴ２、温度センサＳＴ３によれば燃料電池スタック３の環境条件のうちカソードガス供給路２０などにおける温度を検出することができるため、これら検出値をそのままあるいは必要な補正を加えて用いることにより、当該燃料電池自動車の環境情報のうちの環境温度（換言すれば当該燃料電池自動車の外気温度）を得ることができる。本実施形態においては燃料電池スタック３の環境条件を検出するための検知手段として更に高度計２９が設けられている。この高度計２９によれば、当該燃料電池自動車の現在位置における標高を環境情報として検出することが可能となる。なお、高度計２９としては例えば検出した気圧に基づき高度を算出するものなどを利用することができる。
【００３４】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池スタック３による発電の際に生成した水を一時的に貯蔵でき、尚かつ電気分解することができる電気分解装置たとえば電気分解槽５０を備えている（図２、図３参照）。この電気分解槽５０には電気分解用のプラス（＋）電極５１とマイナス（−）電極５２とが設置され、生成水を電気分解してプラス電極５１側に酸素、マイナス電極５２側に水素を発生させる。プラス電極５１側で発生した酸素は、酸素供給管５３およびカソードガス供給路２０を通じて燃料電池スタック３に供給される。一方、マイナス電極５２側で発生した水素は、水素供給管５４および燃料ガス供給路１０を通じて燃料電池スタック３に供給される（図２、図３参照）。
【００３５】
上述した電気分解用の電力（つまりプラス電極５１とマイナス電極５２の電源）として、本実施形態では、燃料電池自動車に搭載されていて、燃料電池スタック３によって駆動されるモータ兼発電機（以下、「トラクションモータ」という）Ｍ３の回生電力を利用することとしている。ただし、電気分解用の電気として回生電力を利用するのは好適な一例に過ぎずこれに限られるということではない。上述のようにプラス電極５１とマイナス電極５２の電源として回生電力を利用する代わりに、例えばバッテリー（図３において符号４２で示している）から直接的にあるいは電流・電圧制御機構を介して電力供給するなど、他の電力系統から電気分解用の電力を供給することも可能である。
【００３６】
ここで、電気分解用に回生電力を利用するようにした構成の一例を説明すると以下のとおりである。まず、図３に示すように、燃料電池自動車の駆動力はトラクションモータＭ３によって発生し、その駆動力が変速機４４を通じて駆動輪４６に伝えられるようになっている。この場合、燃料電池スタック３にて発電が行われ、トラクションインバータ４３を通じて電力がトラクションモータＭ３へと供給される。また、燃料電池スタック３にて発生した直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって降圧され、バッテリー（二次電池）４２に充電されるようになっている。トラクションインバータ４３および補機インバータ４７は燃料電池スタック３とバッテリー４２の双方または何れか一方から供給される直流電力を交流電力に変換してトラクションモータＭ３と補機モータＭのそれぞれに交流電力を供給する。ちなみに補機モータＭは水素循環ポンプ１４を駆動するモータＭ２やコンプレッサ２２を駆動するモータＭ１等を便宜的に総称した形で表示しているもので、実際にはこれらモータＭ１やモータＭ２等として機能する。
【００３７】
制御部２は、アクセルセンサ２７が検出したアクセル開度、車速センサ２８が検出した車速等に基づいてシステム要求電力（車両走行電力と補機電力との総和）を求め、燃料電池スタック３が目標電力に一致するように燃料電池システム１を制御する。具体的には、制御部２はコンプレッサ２２を駆動するモータＭ１の回転数を調整して酸化ガス供給量を調整するとともに、水素循環ポンプ１４を駆動するモータＭ２の回転数を調整して燃料ガス供給量を調整する。また、制御部２はＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御して燃料電池スタック３の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を調整し、燃料電池スタック３の出力電力が目標電力に一致するように調整する。
【００３８】
ここで、燃料電池自動車の加速時および定常走行時においては、トラクションモータＭ３はトラクションインバータ４３を介して電力供給を受け、動力を発生する。一方、燃料電池自動車の制動時においては、トラクションモータＭ３は発電機として機能し、燃料電池自動車の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。変換後の電気エネルギー（いわゆる回生エネルギー）は、トラクションインバータ４３およびＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して電力としてバッテリー４２に充電される。この際、トラクションモータＭ３の発生する電流がバッテリー４２の受け入れ能力を超える場合には、その超過分の電流で例えば図示していないクーラーを運転して冷熱を発生し、その冷熱を同じく図示していない蓄冷熱装置に貯蔵するか、あるいはその超過分の電流で図示していないヒーターを運転して熱を発生し、その熱を蓄熱装置に貯蔵するといったことがエネルギーの有効利用という観点からは好ましい。
【００３９】
また、本実施形態における燃料電池スタック３は、燃料ガス供給源１１から水素の供給を受けるとともに、空気吸入装置２５からは車外から取り入れられた酸化ガスとしての空気の供給を受けるようになっている（図３参照）。空気吸入装置２５から燃料電池スタック３へと供給された空気は、そのうちの一部である酸素が発電に使用される。また、発電の際に生じた生成水は、燃料ガス循環路７０を流れるものについては気液分離器１２で分離された後に遮断弁ＳＶ４を通過し、カソードオフガス流路６０を流れるものについては気液分離器１３で分離された後に遮断弁ＳＶ５を通過し、それぞれ冷却水系統に回されて冷却水タンク２６に貯蔵される。冷却ポンプ３３で加圧された冷却水は燃料電池スタック３を冷却した後、ラジエータ３１および冷却ファン３２によって冷却される（図１、図３参照）。
【００４０】
ここで、例えばブレーキ４５が作動することによって燃料電池自動車に制動力が作用する場合においては、トラクションモータＭ３を発電機として動作させて回生電力を生じさせ、この電力を冷却水系統に接続された生成水電気分解槽５０へと供給する（図２、図３参照）。こうすることにより、電気分解槽５０においては水の電気分解が行われて酸素および水素が発生する。ここで発生した酸素は酸素貯蔵タンク５５に貯蔵され、必要に応じてカソードガス供給路２０へと供給される（図１、図３参照）。燃料電池スタック３の出力は空気中の酸素濃度が高いほど高出力となるので、例えば燃料電池自動車の加速時に酸素を供給するようにすればカソードガス中の酸素濃度が増加するという点で好ましい。一方、電気分解槽５０にて発生した水素は水素貯蔵タンク５６に貯蔵され、必要に応じて燃料ガス供給路１０へと供給される。例えば本実施形態の場合、この水素を燃料電池スタック３の燃料として再利用することによって燃費の向上を図っている。
【００４１】
さらに本実施形態では、上述のごとく電気分解によって酸素を得て、燃料電池自動車の環境を示す環境情報を取得したうえで、当該環境情報に応じ、電気分解して得られた酸素と空気との混合率を調整し、さらにそのうえで当該混合率が調整された酸化ガス（カソードガス）を燃料電池スタック３のカソード極に供給することとしている。これについて説明すると以下のとおりである。
【００４２】
すなわち、本実施形態においては、まず上述した制御部２およびトラクションインバータ４３により、燃料電池スタック３にて生じる電流および電圧ならびに温度信号等に基づき、トラクションモータＭ３等への電力供給の制御を行う。また、本実施形態における制御部２およびトラクションインバータ４３は図示していないＰＷＭインバータの電力変換動作を制御しており、例えばトラクションモータＭ３に対しては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度の信号に基づいてトルク指令を算出する。そして、このトルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭインバータに入力され、要求されるトルクを発生させるための各相電流がトラクションモータＭ３の各相へと出力されるようにしている。
【００４３】
また、制御部２は、アクセルペダルの開度に関する信号、および上述した高度計２９にて検出された気圧に関する信号に基づき、カソードガス（酸化ガス）の流量に関する要求値として例えばコンプレッサ２２の回転数を算出する。この算出された回転数はトラクションインバータ４３に入力され、当該回転数に応じた各相電流がトラクションモータＭ３の各相へと出力される。さらに、カソードガスの流量および圧力に対する各要求値と、実際に燃料電池スタック３に供給されるカソードガスの流量および圧力との各偏差がゼロとなるようにフィードバック制御が行われる。
【００４４】
ここで、制御部２は、アクセル開度信号および気圧信号に基づき、トラクションインバータ４３にて燃料電池スタック３から取り出す発電電流に対する目標発電電流を算出して当該トラクションインバータ４３に入力する。このため、制御部２には、アクセル開度センサから出力される例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度の検出信号と、上述の高度計（気圧センサ）２９から出力される気圧検出信号と、例えばコンプレッサ２２から供給される空気の流量（質量流量）を検出する流量センサ（図示省略）から出力される流量検出値信号と、例えば燃料電池スタック３の空気極側に供給される空気の圧力検出値信号とが入力されるようになっている。
【００４５】
本実施形態の燃料電池システム１においては、上述した構成に基づき、燃料電池自動車の環境を示す環境情報（例えば当該燃料電池自動車の現在位置における標高）を取得し、該取得した環境情報に応じて酸素と空気との混合率を調整するという特有の供給方法を実施している。ここで、環境情報として上述のように標高の情報を取得している場合であれば、当該標高が高ければ高いほど酸素の混合率を増やすようにしている。すなわち、上述の高度計２９によって取得される気圧情報の変化に応じ、カソードガスの流量に対して適切な制御指令値を設定することにより、燃料電池スタック３における発電状態を標高および気圧の変化にかかわらず常に適正値ないしは適正範囲内となるように調整する。さらにこの場合、カソードガスの流量検出値および圧力検出値と、目標流量および目標圧力とを比較してフィードバック制御を行う際、目標流量に対応して実際にコンプレッサ２２に与えられる制御指令値（つまり回転数）を気圧変化に応じた適切な値に設定することとしているために、制御指令値の精度を向上させてフィードバック制御に要する演算負荷を低減することができる。
【００４６】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態においては、高度計（ないしは気圧計）２９を利用して環境情報としての標高（ないしは当該場所の気圧）を検出するという例を説明したが、これは環境情報の種類および検出手段を例示したものに過ぎずこれに限定されるものではない。他の例を挙げれば、例えば燃料電池自動車などの移動体の現在位置を示す位置情報を取得し、当該位置情報に示される位置での空気の状況を示す空気情報を環境情報として取得することなどがある。この場合、位置情報は例えばカーナビゲーションシステムによって取得することができる。また、この場合の空気情報には種々の情報が含まれるが、代表的な他の例としては、燃料電池スタック３の劣化要因となる成分（例えば硫黄分や一酸化炭素など）が空気中に含まれる度合いを示す情報を挙げることができる。このような空気情報を取得した場合、当該空気情報に応じて酸素と空気との混合率を調整することにより、例えば燃料電池スタック３にとって好ましくはない環境下においても運転の最適化を図り、発電性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかる燃料電池のカソードガス供給方法の一実施形態を示す燃料電池システムのブロック図である。
【図２】本実施形態における生成水電気分解槽の構成の一例を示す図である。
【図３】燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車のシステム周辺の構成概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…燃料電池スタック、２９…高度計（検知手段）、５０…電気分解槽（電気分解装置）、Ｍ３…トラクションモータ
【図１】
2007048574.tif 000003
【図２】
2007048574.tif 000004
【図３】
2007048574.tif 000005