(57)【要約】【課題】次回の氷点下起動に備えてシステムの運転停止時に燃料電池に残留した水分を除去することのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の燃料電池システム１は、システムの運転停止時に第１及び第２リレー２７、２８を切り替えて燃料電池スタック２の燃料極が正となるようにバッテリ２４の電圧を印加し、この印加電圧を増加させても電流が増加しなくなるまで電圧の増加を続けて水分を除去することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応により反応させて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の燃料極が正となるように電圧を印加する２次電池と、
前記燃料電池の運転停止時に前記２次電池によって前記燃料電池に電圧を印加し、この印加電圧を増加させても電流が増加しなくなるまで電圧の増加を続けて水分を除去する水分除去処理を実施する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料電池の交流抵抗値が所定値以上になると、前記２次電池による電圧の印加を終了す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】
前記制御手段は、前記２次電池によって電圧を印加するときに前記燃料電池の燃料極へ通常発電時よりも多くの流量の燃料ガスを供給することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記２次電池によって電圧を印加するときに前記燃料電池の酸化剤極へ通常発電時よりも多くの流量の酸化剤ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記酸化剤極への酸化剤ガスの供給を停止した後に前記２次電池による電圧の印加を停止することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記燃料電池のセル温度が０℃以上のときに前記水分除去処理を実施するこ とを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を備え、
前記制御手段は、前記水分除去処理を実施するときに前記交流電圧を前記燃料電池に１秒以上印加することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか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係り、特に次回の氷点下起動に備えてシステムの運転停止時に燃料電池に残留する水分を除去する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち燃料極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の酸化剤極に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギーを取り出すものである。
【０００３】
燃料極  ：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−  ・・・（１）
酸化剤極：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ・・・（２）
燃料極に供給する燃料ガスの水素は、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して得られた水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。一方、酸化剤極に供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
【０００４】
ところで、例えば燃料電池を自動車の動力源として使用する場合や、寒冷地での定置用として使用する場合には、燃料電池が０℃以下の雰囲気にさらされることがあり、そのような状況下でも燃料電池が起動でき、通常に発電できることが望まれている。
【０００５】
しかしながら、０℃以下の低温状態では燃料電池を構成するセルの中で前回の発電後に残留した水分が凍結し、水素ガスや空気ガスが流通する反応ガス流路の閉塞や、電極近傍に残留している水分が凍結して反応ガスの拡散を阻害することによって発電ができなくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、燃料電池を０℃以下から起動させるためには、予め燃料電池内部から水分を除去しておくことが必要となる。このため、システムの運転停止時に加湿されていない反応ガスを燃料電池内に供給して燃料電池を乾燥させ、燃料電池内が一定の湿度に低下した後に運転を停止するという技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、この技術では、単に加湿しない反応ガスによって燃料電池内を乾燥させるので、氷点下で発電するために十分な乾燥を完了するためには多くの時間がかかってしまうという問題がある。特に、燃料電池を車両の動力源として使用する場合には、運転者がイグニッションキーをオフにしてからシステムが停止するまでに長い時間がかかってしまうことになり、実用上好ましくない。
【０００８】
そこで、この問題に対処するために、乾燥酸素や乾燥水素を燃料電池に供給した後、さらに高温に加熱した乾燥空気を供給して燃料電池を乾燥させる技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
また、燃料電池の運転停止時に、燃料電池を冷却するための冷却水を加熱し、この加熱した冷却水によって燃料電池を所定温度まで加熱して燃料電池内を乾燥させる技術が提案されている（特許文献３参照）。
【００１０】
これらの技術は、いずれも反応ガスの温度や燃料電池内の温度を高くすることによって、燃料電池内部の水分を蒸発させて除去するようにしたものである。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８１号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８４２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、高温に加熱された乾燥空気によって燃料電池内を乾燥させる技術では、乾燥空気ガスの熱容量がマニホールド部材やセパレータ部材の熱容量と比較して非常に小さいため、反応ガスを高温に加熱して燃料電池に供給したとしても、乾燥させる必要のある流路や電極付近に高温の反応ガスが到達したときには、反応ガスの温度はかなり低下してしまい、残留した水分を蒸発させて除去するという効果が著しく低減してしまうことになる。
【００１２】
一方、加熱した冷却水を燃料電池に送り込んで燃料電池内を加熱する技術では、上記のような不具合は起こらずに残留水分を蒸発させて除去する効果は得られるが、冷却水を加熱するための加熱器が必要になってしまう。したがって、システムが大型化及び複雑化してしまい、さらに冷却水を加熱するための時間と電力が必要となるので、消費電力が増大するだけでなく水分除去処理に多大な時間を要することになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応により反応させて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の燃料極が正となるように電圧を印加する２次電池と、前記燃料電池の運転停止時に前記２次電池によって前記燃料電池に電圧を印加し、この印加電圧を増加させても電流が増加しなくなるまで電圧の増加を続けて水分を除去する水分除去処理を実施する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止時に２次電池によって燃料極を正として電圧を印加し、この印加電圧を増加させても電流が増加しなくなるまで電圧の増加を続けて水分を除去するので、高分子電解質膜に含まれている水分を触媒層へ排出して速やかに水分を取り除くことができ、これによって消費電力の増大やシステムを大型化することなく水分の除去に要する時間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池スタック２と、燃料電池システム１を制御するコントローラ（制御手段）３と、水素ガスを貯蔵する水素ボンベ４と、水素ボンベ４から供給される高圧水素を減圧する減圧弁５と、燃料電池スタック２に供給される水素量を調整する流量コントローラ６と、燃料電池スタック２から排出された未反応の水素ガスを燃料電池スタック２の入口側に循環させる水素循環流路７と、水素循環流路７と水素供給流路とを切り替える第１三方弁８と、水素循環流路７と水素排出流路とを切り替える第２三方弁９と、水素循環流路７内の水素ガスを還流させるリサイクルコンプレッサ１０と、外気から吸入される空気の異物を取り除くフィルタ１１と、フィルタ１１を介して吸入した空気を加圧して燃料電池スタック２に供給するコンプレッサ１２と、燃料電池スタック２から排出された排空気と燃料排ガスとを燃焼処理する燃焼触媒１３と、燃料電池スタック２の出力を酸化剤極側から取り出す酸化剤極側電極板２１と、燃料電池スタック２の出力を燃料極側から取り出す燃料極側電極板２２と、燃料電池スタック２から取り出された電力を消費するモータなどの負荷２３と、負荷２３で消費されない余剰電力を蓄えるバッテリ（２次電池）２４と、負荷２３及びバッテリ２４に並列に接続された電圧計（交流電圧印加手段）２５と、バッテリ２４をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ２６と、燃料極側電極板２２側の配線の接続を切り替える第１リレー２７と、酸化剤極側電極板２１側の配線の接続を切り替える第２リレー２８と、燃料電池スタック２から取り出される電流を検出する電流計２９とを備えている。
【００１７】
ここで、上述した燃料電池スタック２を構成する単位セルの構造を図２に基づいて説明する。図２に示すように、燃料電池スタック２を構成する単位セル３０は、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜３１と、高分子電解質膜３１の両面に配置された一対の電極である酸化剤極３２及び燃料極３３と、酸化剤極３２の外側に配置された酸化剤ガスセパレータ３４と、酸化剤極３２と酸化剤ガスセパレータ３４との間で酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路３５と、燃料極３３の外側に配置された燃料ガスセパレータ３６と、燃料極３３と燃料ガスセパレータ３６との間で燃料ガスを流通させる燃料ガス流路３７とから構成されている。
【００１８】
また、酸化剤極３２は、Ｐｔ等の触媒を担持したカーボン担体によって形成された触媒層３２ａと、カーボン繊維等の多孔質体によって形成されたガス拡散層３２ｂとから構成され、同様に燃料極３３も触媒層３３ａとガス拡散層３３ｂとから構成されている。
【００１９】
なお、本実施形態の単位セル３０では、酸化剤ガス流路３５内を流通する空気の方向と、燃料ガス流路３７内を流通する水素ガスの方向とは略同一方向となっている。
【００２０】
上述した単位セル３０を複数積層して構成した燃料電池スタック２における反応を説明すると、通常運転時には酸化剤ガスである空気が触媒層３２ａの触媒に接触し、燃料ガスである水素が触媒層３３ａの触媒に接触することによって以下に示す反応が生じる。
【００２１】
燃料極側  ：Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  ・・・（３）
酸化剤極側：２Ｈ＋  ＋  １／２Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ  ・・・（４）
この式（３）に示すように、燃料極３３では燃料ガス中の水素がプロトンと電子に分離され、プロトンは高分子電解質膜３１内部を移動して酸化剤極３２に到達し、電子は外部回路を流れて出力として取り出される。
【００２２】
一方、酸化剤極３２では、高分子電解質膜３１内を拡散してきたプロトンと外部回路を介して移動してきた電子と空気中の酸素とによって形成される三相界面上で式（４）に示す反応が生じる。
【００２３】
次に、燃料電池スタック２に燃料ガスである水素を供給する水素供給系について説明する。水素供給系では、水素ボンベ４から取り出された高圧水素を減圧弁５によって減圧し、流量コントローラ６によって燃料電池スタック２に供給される水素量を調整しつつ、燃料電池スタック２内の燃料ガス流路３７に水素を供給している。また、燃料電池スタック２の燃料極入口より上流側に第１三方弁８が設置され、下流側には第２三方弁９が設置され、これら第１及び第２三方弁８、９を切り替えることによって水素循環流路７側に流路が切り替えられ、リサイクルコンプレッサ１０を駆動することによって燃料電池スタック２から排出された未反応の水素ガスを燃料電池スタック２の入口側へ還流している。
【００２４】
さらに、燃料電池スタック２の下流には、燃料電池スタック２から排出された排空気と燃料排ガスとを燃焼処理するための燃焼触媒１３が設置され、燃料電池スタック２の酸化剤極３２側の空気中に含まれる窒素ガスが、高分子電解質膜３１を透過して燃料極３３側へ移動し、燃料極３３内の水素濃度が低くなった場合には第２三方弁９を切り替えて、水素を含む燃料排ガスを燃焼触媒１３で燃焼処理した後に外部へ排出している。
【００２５】
一方、酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系では、外部からフィルタ１１を介してコンプレッサ１２によって空気を導入し、導入した空気を空気供給流路に送り込んで燃料電池スタック２の酸化剤極３２へ供給している。
【００２６】
次に、燃料電池スタック２から取り出された出力を消費する負荷系（電気回路）について説明する。燃料電池スタック２には、出力を取り出すための端子として酸化剤極３２側に酸化剤極側電極板２１を備え、燃料極３３側に燃料極側電極板２２を備えている。そして、これら酸化剤極側電極板２１と燃料極側電極板２２とを通じて燃料電池スタック２で発生した電力を負荷２３に供給して消費されている。
【００２７】
そして、負荷２３にはバッテリ２４と電圧計２５がそれぞれ並列に接続され、システム運転時には負荷２３で消費されない余剰電力をバッテリ２４に蓄電し、スイッチ２６をＯＮ／ＯＦＦ制御することによってバッテリ２４の蓄電と放電が制御されている。また、第１及び第２リレー２７、２８がＯＦＦの状態では、バッテリ２４の負極側に接続される配線は、燃料電池スタック２の燃料極側電極板２２であり、バッテリ２４の正極側に接続される配線は、燃料電池スタック２の酸化剤極側電極板２１となる。このとき、燃料電池スタック２は負荷２３に接続される。
【００２８】
一方、第１及び第２リレー２７、２８がＯＮの状態では、図１に示す状態となってバッテリ２４の負極側に接続される配線は、燃料電池スタック２の酸化剤極側電極板２１であり、バッテリ２４の正極側に接続される配線は、燃料電池スタック２の燃料極側電極板２２となる。また、燃料電池スタック２とバッテリ２４との間には電流計２９が設置され、バッテリ２４から燃料電池スタック２に供給される電流を検出可能となるように構成されている。本実施形態では、第１及び第２リレー２７、２８がＯＮの状態のときに、バッテリ２４の負極と燃料電池スタック２の酸化剤極側電極板２１とを接続する配線上に電流計２９が配置されるように構成する。
【００２９】
また、電圧計２５は交流抵抗計としての機能も備えており、以下に示す水分除去処理を実施するときには燃料電池スタック２に微小な交流電圧を印加して交流抵抗を計測している。
【００３０】
コントローラ３は、例えば中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を有するマイクロコンピュータによって構成されており、電圧計２５や電流計２９などの各種センサによる検出値に基づいてコンプレッサ１２や流量コントローラ６、スイッチ２６、第１及び第２リレー２７、２８などを制御している。また、コントローラ３を複数のマイクロコンピュータによって構成することも可能であり、後述する水分除去処理の制御の他にも複数の制御を実行する装置として構成してもよい。
【００３１】
次に、本実施形態の燃料電池システム１による水分除去処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。ただし、以下に示す水分除去処理では酸化剤極において水生成を伴うので、燃料電池スタック２のセル温度が０℃以上の温度環境において実施することが好ましい。これにより、酸化剤極に生成した水が凍結する前にシステム外へ排出することが可能となる。
【００３２】
図３に示すように、燃料電池システム１の停止を指示する信号が入力されると、コントローラ３は、まず燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素の供給を開始し（Ｓ１０１）、第１及び第２リレー２７、２８をＯＮにして第１リレー２７は酸化剤極側電極板２１側へ切り替えられ、第２リレー２８は燃料極側電極板２２側へ切り替えられる（Ｓ１０２）。
【００３３】
そして、スイッチ２６をＯＮにしてバッテリ２４から燃料電池スタック２へ燃料極側を正として電圧の印加を開始し、印加電圧を増加させていく（Ｓ１０３）。これにより、燃料極側で水素が酸化されてプロトンと同じ方向に水分が移動し、高分子電解質膜に含まれている水分を触媒層へ排出して乾燥させることができる。
【００３４】
この後、バッテリ２４による印加電圧を継続的に増加させていき、電流計２９と電圧計２５によって燃料電池スタック２に流れる電流と印加される電圧とを読み取り、バッテリ２４の印加電圧を増加させても電流が増加しなくなって減少に転じたか否かを監視する（Ｓ１０４）。このとき、燃料極へ水素の供給を行わなくてもマニホールド内に残存する水素によって水分を除去することは可能であるが、水素の供給量が不足してしまうと燃料極触媒の腐蝕が進行する場合がある。そこで、本実施形態では燃料極へ通常発電時よりも多くの流量の水素ガスを供給して水素ガスの利用率を通常発電時よりも低くし、これによって燃料極触媒の劣化を防止している。
【００３５】
また、酸化剤極についても、空気の供給を行わなかったとしても水分を除去することは可能であるが、燃料極から酸化剤極に移動した水をより多く、より速やかにシステム外へ排出するためには、通常発電時よりも多くの流量の空気を酸化剤極に供給して空気の利用率を通常発電時よりも低くすることが好ましい。
【００３６】
さらに、このとき電圧計２５は燃料電池スタック２に交流電圧を印加して燃料電池スタック２の交流抵抗の測定も行なっている。
【００３７】
ここで、燃料極を正として電圧を印加した場合の電流−電圧特性を図４に基づいて説明する。ただし、酸化剤極を正として電圧を記述しているため、Ｙ軸上の負の電圧は燃料極が正となっていることと同意である。図４に示すように、燃料極の電圧を増加させていくと、約−０．１Ｖ付近に電圧を上昇させても電流が増加しなくなる点が存在していることが分かる。
【００３８】
また、電圧計２５によって燃料電池スタック２に交流電圧を印加して交流抵抗を測定すると、電流と交流抵抗との関係は図４の点線となる。そして、図４の電流−電圧特性の測定時における燃料ガスの出口露点の時間変化と交流抵抗の時間変化とをまとめたグラフが図５となる。
【００３９】
図５では、０ｓｅｃが図４の電流−電圧特性の測定開始時点となっており、図５の０ｓｅｃにおける電流は、図４を参照すると０Ａ／ｃｍ２（ＯＣＶ）で電圧は約１．０Ｖとなる。同様に０ｓｅｃにおける図４の交流抵抗は４００ｍＯｈｍ・ｃｍ２となっている。
【００４０】
ここから測定を開始して約０．４Ｖ／ｓｅｃで電圧を上昇させていくので、１０００秒後に図４では電圧が０．６Ｖとなり、３０００秒後に電圧が−０．２Ｖとなって、この時点において図４に示すように電圧を上昇させても電流は増加しなくなっている。
【００４１】
このとき燃料ガスの露点は、図５に示すように測定を開始して１０００秒を経過してから３０００秒後にかけて急激に低下している。これは、燃料極の水分が酸化剤極側に移動して水分が失われていることを示しており、電圧を増加させていくことによって燃料ガスの露点が下がり、高分子電解質膜を乾燥状態にしていることを示している。
【００４２】
このように、バッテリ２４による電圧を増加させても電流が増加しなくなる点まで電圧を上昇させていくことによって、燃料極の触媒層を乾燥状態にすることができる。
【００４３】
また、図５に示すように、露点の減少と交流抵抗との増加は同時に起こっているので、燃料極の乾燥状態は交流抵抗値によって代表させることができる。つまり、交流抵抗値をモニタリングして所定値以上になったらバッテリ２４による電圧の印加を終了するようにすれば、電流−電圧特性を測定しなくても高分子電解質膜の乾燥状態を測定することができ、高分子電解質膜が過度な乾燥状態になってしまうことを防ぐことができる。
【００４４】
次に、電圧計２５によって印加される交流電圧の周波数と、高分子電解質膜−触媒層間におけるキャパシタンスとの関係を図６に基づいて説明する。図６に示すように交流電圧の周波数が０．１〜１Ｈｚまでの間ではキャパシタンスに大きな変化はなく、１Ｈｚを超えたところからキャパシタンスが急激に減少していることが分かる。一般にキャパシタンスに蓄電されるまでの間には水移動は少なく、キャパシタンスを十分に満たした後に水移動が起こるので、１Ｈｚよりも高い周波数では水が完全に触媒層へと抜けきっていない可能性がある。そこで、電圧計２５によって交流電圧を印加する時間は１Ｈｚよりも低い値、つまり時間としては１秒以上にすることによってキャパシタンスを十分に満たして水分を完全に除去することが可能となる。
【００４５】
また、バッテリ２４によって電圧を印加するときのスイープ速度について、スイープ速度を１ｍＶ／ｓｅｃ、１００ｍＶ／ｓｅｃ、２０００ｍＶ／ｓｅｃと変更させた場合の電流−電圧特性を図７に示す。図７に示すように、スイープ速度を２０００ｍＶ/ｓｅｃにしても、印加電圧の増加に対して電流が増加しなくなる点が存在し、１秒以下の非常に短い時間でスイープしたとしても水分を除去する効果があることを示している。
【００４６】
このようにしてステップＳ１０４において、バッテリ２４による印加電圧の増加に対して電流値が増加しなくなって減少し始めたら、次に酸化剤極への酸素の供給を停止し（Ｓ１０５）、その後にスイッチ２６をオフにする（Ｓ１０６）。
【００４７】
ここで、酸化剤極に酸素が存在する状態でスイッチ２６をオフにしてしまうと、酸化剤極の電位が上昇し、システム停止後に劣化する可能性がある。そこで、本実施形態では、上述したように酸化剤ガスの供給を停止した後にスイッチ２６をオフにしてバッテリ２４による電圧の印加を停止するように制御するので、先に酸化剤ガスの供給を停止することによって酸化剤極の電位を下げることができ、これによってシステム停止後の劣化を抑制している。
【００４８】
この後、燃料極への水素の供給を停止し（Ｓ１０７）、第１及び第２リレー２７、２８をＯＦＦにして（Ｓ１０８）本実施形態の燃料電池システム１による水分除去処理を終了する。
【００４９】
尚、上述したステップＳ１０４において、本実施形態ではバッテリ２４による印加電圧を増加させたときの電流値の変化によって水分除去が完了したか否かを判断したが、この方法に限定されるわけではなく、例えば燃料電池スタック２の電圧−電流特性が経時的に大きく変化しないことを利用して、予め電圧−電流特性を測定しておき、電圧を増加させても電流が増加しなくなる電圧値を予め設定しておくようにすることもできる。また、この他にも予め燃料電池スタック２を流れる電流と交流抵抗との関係を求めておき、交流抵抗の値によって水分除去の有無を判断するようにしても良い。とくに、交流抵抗は高分子電解質膜の乾燥状態を表す指標でもあるので、過度な乾燥状態にしないためにも好ましい方法と言える。さらに、バッテリ２４による電圧を一定速度で走査し、所定時間が経過したら水分除去が完了したと判断する方法も簡便な手法として考えられる。
【００５０】
このように、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池スタック２の運転停止時にバッテリ２４によって燃料極を正として電圧を印加し、この印加電圧を増加させても電流が増加しなくなるまで電圧の増加を続けて水分を除去するので、高分子電解質膜に含まれている水分を触媒層へ排出して速やかに水分を取り除くことができ、これによって消費電力の増大やシステムを大型化することなく水分の除去に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００５１】
また、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池スタック２の交流抵抗値が所定値以上になると、バッテリ２４による電圧の印加を終了するので、高分子電解質膜の乾燥状態を表す交流抵抗値によって電圧印加の終了タイミングを判断することができ、これによって高分子電解質膜が過剰に乾燥することを防ぎ、再起動の際に性能を著しく低下させてしまうことを防止することが可能となる。
【００５２】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１では、バッテリ２４によって電圧を印加するときに燃料電池スタック２の燃料極へ通常発電時よりも多くの流量の水素ガスを供給するので、燃料が欠乏することによる燃料極の腐食劣化を防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態の燃料電池システム１では、バッテリ２４によって電圧を印加するときに燃料電池スタック２の酸化剤極へ通常発電時よりも多くの流量の酸化剤ガスを供給するので、酸化剤極へ移動した水分をシステム外へ速やかに排出することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１では、酸化剤極への空気の供給を停止した後にバッテリ２４による電圧の印加を停止するので、酸化剤極の電位の上昇を防止し、これによってシステム停止後の劣化を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池スタック２のセル温度が０℃以上のときに水分除去処理を実施するので、酸化剤極へ移動した水分が凍結する前にシステム外へ排出することが可能となる。
【００５６】
さらに、本実施形態の燃料電池システム１では、水分除去処理を実施するときに交流電圧を燃料電池スタック２に１秒以上印加するので、より効果的に水分を除去することができる。
【００５７】
以上、本発明の燃料電池システムについて、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する単位セルの構造を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池システムによる水分除去処理を示すフローチャートである。
【図４】燃料極を正として電圧を印加した場合の電流−電圧特性及び電流−交流抵抗特性を示す図である。
【図５】バッテリによる印加電圧を増加させた場合の燃料ガスの出口露点の時間変化と交流抵抗の時間変化とを説明するための図である。
【図６】燃料電池スタックに印加される交流電圧の周波数と燃料電池スタックのキャパシタンスとの関係を説明するための図である。
【図７】バッテリのスイープ速度と燃料電池スタックの電流−電圧特性との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  燃料電池システム
２  燃料電池スタック
３  コントローラ（制御手段）
４  水素ボンベ
５  減圧弁
６  流量コントローラ
７  水素循環流路
８  第１三方弁
９  第２三方弁
１０  リサイクルコンプレッサ
１１  フィルタ
１２  コンプレッサ
１３  燃焼触媒
２１  酸化剤極側電極板
２２  燃料極側電極板
２３  負荷
２４  バッテリ（２次電池）
２５  電圧計（交流電圧印加手段）
２６  スイッチ
２７  第１リレー
２８  第２リレー
２９  電流計
【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】
2007157531.tif 000007
【図６】
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【図７】
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