(57)【要約】【課題】現状のシステムの複雑化を来たすことなく、回生動作時における乾燥による膜の劣化を抑制する。【解決手段】補機による余剰電力消費時、通常制御時よりも燃料電池スタック２の含水量を高める制御を行う。補機が例えば燃料電池スタック２への反応ガスの給気を行う圧縮機、一例としてエアコンプレッサ５である場合には、含水量を高める制御として、燃料電池スタック２の動作温度を低下させる制御、燃料電池スタック２へ供給されるエア等の反応ガスの温度を低下させる制御、燃料電池スタック２へ供給される反応ガスの含水量を増加させる制御、等を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載した車両と、該車両の少なくとも１つの車輪の回転力を回生する回生手段と、該回生手段によって発生した余剰回生電力を前記車両に搭載されている補機によって消費する燃料電池システムであって、
前記補機による余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタックの含水量を高める制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックの動作温度を低下させる制御を行う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】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの温度を低下させる制御を行う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４】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの含水量を増加させる制御を行う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５】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの供給量を低減させる制御を行う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６】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックの発電を行わせ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７】
前記圧縮機を動作させることによって消費される電力と、二次電池で回収できる電力との和から、回生電力を差し引いた値を前記燃料電池スタックの発電時における目標電力値とすることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記余剰回生電力によって前記燃料電池スタック内における水分を電気分解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９】
前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、水噴射システムを動作させて水を供給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１０】
燃料電池を搭載した車両と、該車両の少なくとも１つの車輪の回転力を回生する回生手段と、該回生手段によって発生した余剰回生電力を前記車両に搭載されている補機によって消費する燃料電池システムの制御方法であって、
前記補機による余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタックの含水量を高め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、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、システムにおける余剰回生電力を消費する場合における制御技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば長降板路を走行中の燃料電池自動車においては、駆動モータを回生させることによりエンジンブレーキ相当のトルクを発生させており、このとき発生する回生エネルギーは二次電池（バッテリー）に蓄積することが一般的である。ただし、二次電池の充電容量を超えてもなおブレーキトルクを確保するためには余剰回生電力をどこかで消費しなければならないから、これをシステム中の補機（例えば電力消費の大きいエアコンプレッサ等）にて消費させるという技術が利用されている。また、この場合、例えばエアコンプレッサにおけるエア圧力やエア流量は、絞り弁や背圧弁あるいはバイパス弁などによって制御されることがある（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０３５８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１８０００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のようにエア圧力等を絞り弁等の機構を使って制御しようとすればそのための装置が別途必要となるため、その分だけシステムが複雑化するという問題がある。その一方で、エア流量等を制御しないとすると、エア流量の増加に伴い燃料電池からの水分排出量（持去り水量）が大きくなり、膜の乾燥、ひいては膜の劣化を生じて電圧低下等の現象に至ることになるためこれも問題である。
【０００４】
そこで、本発明は、現状のシステムの複雑化を来たすことなく、回生動作時における乾燥による膜の劣化を抑制することのできる燃料電池システムおよびそ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】
【０００５】
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。回生動作時の燃料電池内における膜の劣化は乾燥によるものであるから、回生動作時、膜が乾燥するのを抑えることができれば膜の劣化を抑制することに結びつく。そこで、現状のシステムを複雑化することなく、つまりは現状のシステムはそのままに膜乾燥を抑えることについて本発明者は検討を重ね、その結果、燃料電池内の膜の劣化を抑制しうる技術を知見するに至った。
【０００６】
本発明はかかる知見に基づくものであり、燃料電池を搭載した車両と、該車両の少なくとも１つの車輪の回転力を回生する回生手段と、該回生手段によって発生した余剰回生電力を前記車両に搭載されている補機によって消費する燃料電池システムであって、前記補機による余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタックの含水量を高める制御を行うというものである。補機によって余剰回生電力を消費する際、通常制御時よりも含水量を高める制御を行う結果、燃料電池内における膜の乾燥が抑えられる。この結果、回生動作時における膜の劣化を抑制することが可能となるから、電圧低下等の現象が生じるのを未然に回避することができるようになる。しかも、この場合における制御は例えば燃料電池を少量運転すること、燃料電池の目標温度を低く設定すること、あるいはエア等の供給反応ガスの温度を低く設定すること等によって実現することができるから、現状のシステムの複雑化を来たすようなこともない。
【０００７】
このような燃料電池システムにおいては、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックの動作温度を低下させる制御を行うことができる。動作温度を低下させた場合、回生動作時における膜の乾燥を抑制することが可能となる。
【０００８】
また、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの温度を低下させる制御を行うこともできる。このように供給反応ガスの温度を低下させた場合にも回生動作時における膜の乾燥を抑制することが可能となる。
【０００９】
さらには、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの含水量を増加させる制御を行うこともできる。含水量を増加させた反応ガスを供給することとすれば結果的に燃料電池内の膜含水量を高めて乾燥を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックへ供給される反応ガスの供給量を低減させる制御を行うこともできる。エア等の反応ガス供給量を低減させた場合、燃料電池からの水分排出量（持去り水量）を減少させることによって乾燥を抑制することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、前記燃料電池スタックの発電を行わせることができる。燃料電池（スタック）にて少量の発電が行われると、その発電量に見合う分の水分が当該燃料電池内にて生成される。このように、燃料電池内にて水を生成させる制御によっても、燃料電池内の膜含水量を高めて乾燥を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、このような制御を行う場合には、前記圧縮機を動作させることによって消費される電力と、二次電池で回収できる電力との和から、回生電力を差し引いた値を前記燃料電池スタックの発電時における目標電力値とすることができる。
【００１３】
ここで、本発明者は、上記のごとき発明に基づいてさらに検討を重ねた。その結果、回生動作時における余剰電力消費は、上述したエアコンプレッサのように消費電力の大きな補機を利用することが好適であるが、これに限られるものではなく、例えば燃料電池スタック内における水分を電気分解することによっても実施することができるとの知見を得るに至った。すなわち、燃料電池（のスタック）を補機の一種とみなし、電気分解という形で電気を費やすことによっても電力を消費することができることに想到した。
【００１４】
本発明はかかる知見に基づくものでもあり、前記余剰回生電力によって前記燃料電池スタック内における水分を電気分解するというものである。このように燃料電池内にて電気分解を行った場合、その分だけ電気が費やされる結果、余剰回生電力を消費することができる。しかもこの場合、余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタックの含水量を高める制御を行うことから、燃料電池内における膜が乾燥するのが抑えられる。
【００１５】
さらに、本発明では、前記補機が前記燃料電池スタックへの反応ガスの給気を行う圧縮機である場合に、前記含水量を高める制御として、水噴射システムを動作させて水を供給することとしている。
【００１６】
また、本発明は、燃料電池を搭載した車両と、該車両の少なくとも１つの車輪の回転力を回生する回生手段と、該回生手段によって発生した余剰回生電力を前記車両に搭載されている補機によって消費する燃料電池システムの制御方法であって、前記補機による余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタックの含水量を高めることとしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、現状のシステムの複雑化を来たすことなく、回生動作時における乾燥による膜の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１〜図４に本発明にかかる燃料電池システムおよびその制御方法の一実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池システム１は、余剰回生電力を補機によって消費できるように構成されたシステムであり、当該補機による余剰電力消費時は通常制御時よりも燃料電池スタック（以下、単に燃料電池ともいう）２の含水量を高める制御を行うというものである。例えば本実施形態では、余剰回生電力を消費するための補機として燃料電池２への反応ガスの給気を行う圧縮機、一例として消費電力の大きいエアコンプレッサ５を利用することとしている（図１参照）。この場合、燃料電池２における膜含水量が適度に多い状態、つまり電解質が適度に加湿されている状態ほど燃料電池２の発電効率がよくなる。したがって燃料電池２内の水分量（湿度）はある程度保持することが望まれており、本実施形態では下記のごとき手段にて水分量を保持し、乾燥を抑制することとしている。以下、第１〜第３の実施形態に分けてそれぞれについて説明する。以下では、まず燃料電池システム１の概略から説明し、その後に各実施形態について説明することとする（図１〜図４参照）。
【００２０】
図１に本実施形態にかかる燃料電池システム１の概略構成を示す。本実施形態に示す燃料電池システム１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるが、これに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム等としても用いることができるのは当然である。図示していない燃料電池セルスタックは、複数の単セルを直列に積層して成るスタック構造を有するものであり、例えば固体高分子電解質型燃料電池等から構成されている。燃料電池システム１を搭載した車両には、該車両の少なくとも１つの車輪の回転力を回生する回生手段（例えば駆動モータ）が設けられており、該回生手段によって発生した余剰回生電力を当該車両に搭載されている補機によって消費することが可能となっている。
【００２１】
燃料電池２への酸化ガス供給系は、エアコンプレッサ５、インタークーラ３、インタークーラ冷却用ウォータポンプ４を含んだ構成となっている（図１参照）。エアコンプレッサ５は図示しないエアフィルタを介して外気から取り込んだ空気を圧縮する。インタークーラ３は、圧縮されて高温となったエアを冷却する。インタークーラ冷却用ウォータポンプ４は、インタークーラ３を冷却するための冷却水を循環させる。エアコンプレッサ５によって圧縮されたエアは、このようにインタークーラ３によって冷却された後、加湿器１７を通過し、燃料電池２のカソード（酸素極）へと供給される。燃料電池２の電池反応に供された後の酸素オフガスはカソードオフガス流路１６を流れてシステム外へと排気される。この酸素オフガスは燃料電池２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。そこで、加湿器１７により、低湿潤状態にある供給前の酸化ガスと、カソードオフガス流路１６を流れる高湿潤状態の酸素オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
【００２２】
また、燃料電池２の冷却水（ＬＬＣ）の出入口には、当該冷却水を循環させるための冷却水配管１１が設けられている。この冷却水配管１１には、冷却水を送り出すウォータポンプ１０と、冷却水供給量を調節するための流路切替弁１２とが設けられている。
【００２３】
燃料電池２で発電された直流電力の一部はＤＣ／ＤＣコンバータ１４によって降圧され、二次電池（バッテリー）１５に充電される。モータインバータ７は、燃料電池２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８に交流電力を供給する。また、ウォータポンプインバータ９は、燃料電池２から供給される直流電力を交流電力に変換してウォータポンプ１０に交流電力を供給する。さらに、エアコンプレッサ駆動用インバータ６は、燃料電池２から供給される直流電力を交流電力に変換してエアコンプレッサ５に交流電力を供給する。
【００２４】
制御装置１３は、例えば燃料電池自動車に搭載されている場合であればアクセル開度や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２が目標電力に一致するようにシステムを制御する装置である。具体的に説明すると、この制御装置１３は、エアコンプレッサ駆動用インバータ６を制御することによって当該エアコンプレッサ５を駆動するモータ（図示省略）の回転数および酸化ガス供給量を調整する。また、インタークーラ冷却用ウォータポンプ４を制御することによって圧縮エアの温度を調整する。さらに、モータインバータ７を制御してトラクションモータ８の回転数を調整し、ウォータポンプインバータ９を制御してウォータポンプ１０を調整する。さらには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して燃料電池２の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を調整し、燃料電池２の出力電力が目標電力に一致するように調整する。
【００２５】
また、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池自動車の制動時における余剰回生電力を上述のエアコンプレッサ５によって消費することができる構成となっている（図１参照）。すなわち、二次電池１５を備えた構成の燃料電池自動車においては、例えば下り坂道にて駆動モータを回生させることによりエンジンブレーキ相当のトルクを発生させており、このとき発生する回生エネルギーは上述の二次電池１５に蓄積することとしている。ところが、充電容量を超えた場合には他の方法でエネルギーを消費する必要が生じることから、例えば本実施形態においてはエアコンプレッサ５を回転させることによって余分な回生エネルギーを消費し、これによって安定したブレーキトルクが得られるようにしている。
【００２６】
続いて、本発明の実施形態を以下に説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
まず、回生動作を開始したら（ステップ１）、回生電力P regと二次電池回収許容電力P batとの大小を比較する（ステップ２）。回生電力P regよりも二次電池回収許容電力P batの方が大きい（P reg＜P bat）場合は（ステップ２のＮ）、当該回生電力を二次電池１５にて回収することが可能な状態であるから、エアコンプレッサ５による電力消費は行わない。この場合は回生動作が終了したかどうかの判断を行い（ステップ５）、回生終了していれば上記のすべての動作を終了する（ステップ６）。回生動作が終了していなければステップ２へと戻り、上記のフローを繰り返す。
【００２８】
また、ステップ２において回生電力P regの大きさが二次電池回収許容電力P batを上回っている場合（P reg＞P bat）には、燃料電池２にて少量の発電を行い生成水を発生させることにする。すなわち、例えば二次電池１５が満充電の状態となればモータの回生電力P regが二次電池回収許容電力P batを上回り、余剰回生電力を十分に回収することができない状態となるから、本実施形態においてはエアコンプレッサ５を動作させて余剰回生電力を消費させることとし、さらに、燃料電池２の少量発電を行うことによって生成水を発生させ、燃料電池２内の乾燥を抑制することとする。
【００２９】
ここで、本実施形態においては、以下にようにして燃料電池２の発電時の電力P fcを計算する（ステップ３）。すなわち、エアコンプレッサ５を回すことで消費される電力P acpと、二次電池１５で回収できる電力P batとの和から、回生によって発生する電力P regを差し引いた値（電力）を燃料電池２の発電時における電力P fcとする（P fc＝P acp＋P bat−P reg）。つまり、燃料電池システム１において、発電される電力の合計と消費または回収される電力の合計とが等しくなるように燃料電池２の電力P fcを設定する。
【００３０】
続いて、燃料電池２の発電時における電力が上記のごとく設定した値P fcとなるように制御しながら実際に発電を行わせる（ステップ４）。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御することにより、燃料電池２の電力P fcを出力するように調整しながら少量の発電を行わせる。この後、回生動作が終了したかどうかの判断を行い（ステップ５）、回生終了していれば回生動作そのものを終了する（ステップ６）。回生動作が終了していなければ上述の場合と同じようにステップ２へと戻り、上記のフローを繰り返す（図２参照）。
【００３１】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によると、燃料電池２にて少量の発電を行い、当該発電に応じた分の少量の生成水を生じさせることができる。これによれば、エアコンプレッサ５を回転させることによって燃料電池２へのエア供給が増加した場合にも、当該燃料電池２の内部の乾燥が進むのを抑制することが可能となるため、膜が劣化するのを抑制して電圧低下等の現象が生じるのを抑えることができる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する（図３参照）。本実施形態においては、回生エネルギーをエアコンプレッサ５にて消費する際、燃料電池２の運転温度を低下させることによって当該燃料電池２内の含水量を増加させ、もって乾燥が進むのを抑制することとする。以下、詳細に説明する。
【００３３】
まず、回生動作を開始したら（ステップ１１）、回生電力P regと二次電池回収許容電力P batとの大小を比較する（ステップ１２）。回生電力P regよりも二次電池回収許容電力P batの方が大きい（P reg＜P bat）場合は（ステップ１２のＮ）、当該回生電力を二次電池１５にて回収することが可能な状態であるから、エアコンプレッサ５による電力消費は行わない。この場合は回生動作が終了したかどうかの判断を行い（ステップ１５）、回生終了していればステップ１６へと進む。回生動作が終了していなければステップ１２へと戻り、上記のフローを繰り返す（図３参照）。
【００３４】
また、ステップ１２において回生電力P regの大きさが二次電池回収許容電力P batを上回っている場合（P reg＞P bat）には、エアコンプレッサ５で余剰回生電力を消費することとし（ステップ１３）、この際、燃料電池２の目標温度をT fcからT' fcへと変更する（ステップ１４）。ここで、T fcは通常運転時における燃料電池目標温度であり、T' fcは回生動作時における燃料電池目標温度である。また、ここでは燃料電池２の運転温度を低下させることによって含水量を増加させることが目的であるから、回生動作時における燃料電池目標温度T' fcは、通常運転時における燃料電池目標温度T fcよりも低い値となる（T' fc＜T fc）。要するに、ここでは燃料電池目標温度を通常時よりも低く設定することにより（T fc → T' fc）、燃料電池２の冷却をある程度促進させて、燃料電池２からの水分排出量（持去り水量）を減らすようにする。
【００３５】
なお、目標温度をどの程度低下させるかはシステムごとの特徴やその置かれている状況などによって様々であるが、要は乾燥を抑制するのに有効な程度であればよく、目安としての一例を示せば、６０〜６５℃程度で運転している燃料電池２の目標温度T' fcを例えば５５℃に設定して５〜１０℃程度低い温度で運転させる等である。また、本実施形態では特に詳しい説明はしないが、燃料電池２の内部温度を実際に制御するための具体的手段としては、ウォータポンプ１０における流量制御、図示しないラジエータにおける冷却水の流量制御等、種々の手段を採用しうる。
【００３６】
このように燃料電池目標温度を通常時よりも低く設定したら（ステップ１４）、回生動作が終了しているかどうかの判断を行い（ステップ１５）、回生終了していれば上述と同様、ステップ１６へと進む。一方、回生動作がまだ終了していなければ上述の場合と同じようにステップ２２へと戻り、上記のフローを繰り返す（図４参照）。
【００３７】
また、回生動作が終了していれば上述したようにステップ１６へと進む（ステップ１５のＹ）。このステップ１６では、燃料電池目標温度を元の通常運転時におけるものに戻す（T' fc → T fc）。なお、本フローチャートにおいてステップ１４を経由していなければ（つまり、ステップ１２→ステップ１５→ステップ１６と進んできた場合）、燃料電池目標温度は変更されず元の通常運転時における目標温度T fcのままだから、この場合には元に戻す変更を加えたとしても結果的に値に変化はないということになる。その後、上記のすべての動作を終了する（ステップ１７）。
【００３８】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によると、燃料電池２の運転時の内部温度を適度に低下させることにより、水分排出量（持去り水量）を減らし、燃料電池２内の含水量を増加させることが可能となる。これによれば、エアコンプレッサ５を回転させることによって燃料電池２へのエア供給が増加した場合にも、当該燃料電池２の内部の乾燥が進むのを抑制することが可能となるため、膜が劣化するのを抑制して電圧低下等の現象が生じるのを抑えることができるようになる。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する（図４参照）。本実施形態においては、回生エネルギーをエアコンプレッサ５にて消費する際、燃料電池２の内部温度を低下させるという点では第２の実施形態と共通するが、ここでは、供給するエアの目標温度値を変更することによって運転温度を低下させ、燃料電池２内における乾燥が進むのを抑制することとする。以下、詳細に説明する。
【００４０】
まず、回生動作を開始したら（ステップ２１）、上述の実施形態と同様、回生電力P regと二次電池回収許容電力P batとの大小を比較する（ステップ２２）。回生電力P regよりも二次電池回収許容電力P batの方が大きい（P reg＜P bat）場合は（ステップ２２のＮ）、エアコンプレッサ５による電力消費は行わない。この場合は回生動作が終了したかどうかの判断を行い（ステップ２５）、回生終了していればステップ２６へと進む。回生動作が終了していなければステップ２２へと戻り、上記のフローを繰り返す（図４参照）。
【００４１】
また、ステップ２２において回生電力P regの大きさが二次電池回収許容電力P batを上回っている場合（P reg＞P bat）には、エアコンプレッサ５で余剰回生電力を消費することとし（ステップ２３）、この際、インタークーラ３におけるエアの目標温度をT airからT' airへと変更する（ステップ２４）。ここで、T airは通常運転時における供給エアの目標温度であり、T' airは回生動作時における供給エアの目標温度である。また、ここでは燃料電池２の内部温度を低下させることによって含水量を増加させることが目的であるから、回生動作時における供給エア目標温度T' airは、通常運転時における供給エア目標温度T airよりも低い値となる（T' air＜T air）。要するに、ここでは供給エアの目標温度を通常時よりも低く設定することにより（T air → T' air）、燃料電池２の冷却をある程度促進させ、燃料電池２からの水分排出量（持去り水量）を減らすようにする。なお、目標温度をどの程度低下させるかはシステムごとの特徴やその置かれている状況などによって様々であるが、要は乾燥を抑制するのに有効な程度にまで燃料電池２の内部温度を低下させうるものであればよい。
【００４２】
このように供給エアの目標温度を通常時よりも低く設定したら（ステップ２４）、回生動作が終了しているかどうかの判断を行い（ステップ２５）、回生終了していれば上述と同様、ステップ２６へと進む。一方、回生動作がまだ終了していなければステップ２２へと戻り、上記のフローを繰り返す（図４参照）。
【００４３】
また、回生動作が終了していれば上述したようにステップ２６へと進む（ステップ２５のＹ）。このステップ２６では、供給エア目標温度を元の通常運転時におけるものに戻す（T' air → T air）。なお、本フローチャートにおいてステップ２４を経由していなければ（つまり、ステップ２２→ステップ２５→ステップ２６と進んできた場合）、供給エア目標温度は変更されず元の通常運転時における目標温度T airのままだから、この場合には元に戻す変更を加えたとしても結果的に値に変化はないということになる。その後、上記のすべての動作を終了する（ステップ２７）。
【００４４】
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、インタークーラ３を経由して燃料電池２へと供給されるエアの温度を適度に低下させ、当該燃料電池２の内部温度を低下させることにより、水分排出量（持去り水量）を減らし、燃料電池２内の含水量を増加させることが可能となる。これによれば、エアコンプレッサ５を回転させることによって燃料電池２へのエア供給が増加した場合にも、当該燃料電池２の内部の乾燥が進むのを抑制することが可能となるため、膜が劣化するのを抑制して電圧低下等の現象が生じるのを抑えることができるようになる。
【００４５】
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、燃料電池２における膜の含水量を増加させるべく、燃料電池２の少量運転、燃料電池２の目標温度低下、供給エアの目標温度低下、といった手段を講じる場合について説明した。これらによれば、従来のシステム構成に何ら手を加えずとも、エアコンプレッサ５によって余剰回生電力を消費しつつ膜乾燥を有効的に抑制することが可能となるのは上述したとおりである。ここで、上述のごとく膜含水量を高めるという技術は、燃料電池２にて電気分解を行い余剰回生電力を消費する場合においても有効な手段たりうる。以下では、このような実施形態について説明する。
【００４６】
まず、燃料電池自動車の回生ブレーキにより生じるエネルギー（回生電力）の回収手段としては、一般に、二次電池１５あるいは図示していないキャパシタが用いられているのが現状であるが、その電力貯蔵量には限界があり、例えば長い降板路を走行している場合であればその途中で回生ブレーキによる制動力が低下することが起こりうる。本実施形態では、このような場合にも回生ブレーキによる制動力を維持すべく、電気分解によって回生電力を消費することとする。すなわち、余剰回生電力を利用して燃料電池２内にて水の電気分解を行い、その分だけ余剰回生電力を消費させることにより、電力貯蔵量を超える電力を有効に消費させるようにしている。なお、具体的な態様の一例を記載しておくと、例えば、高圧のＤＣ／ＤＣコンバータ１４により燃料電池２に高電圧を印加することで燃料電池スタック内の含水を電気分解することが可能である。
【００４７】
ここで、電気分解時、燃料電池２のカソードにおける水（残水）が短時間にて消費されてしまうと長時間にわたる電気分解が難しくなるため、燃料電池２内の膜含水量をある程度高めて適度に保つことが望ましい。そこで本実施形態においては以下に示すような手法にて含水量を高めるようにしている。
【００４８】
すなわち、第１に、燃料電池２からの水分排出量、つまりはカソードからの持去り水量を低減させるというものである。電気分解時、持去り水量を低減させればその分だけ燃料電池２の含水量が増加することになるから、これまでよりも長時間にわたって電気分解を実施することが可能になる。持去り水量を低減させるための具体的手段としては、例えば、回生動作が行われている場合においてのみエアコンプレッサ５によるエアの供給量を低減させたりあるいは一時的に停止させたりすることを挙げることができる。
【００４９】
また、第２に、カソードにおいて水を生成させるというものがある。カソードでの水生成が行われればその分だけ含水量が増加するから、結果として上述したのと同様に燃料電池２の含水量を増加させることが可能となる。このようにカソードで水生成を行う場合の具体的手段の一例を挙げると、例えば、回生動作が行われた場合にはエアコンプレッサ５によるエア供給を停止させ、その後、冷却水温度をある程度（例えば１０℃程度）低下させることによって燃料電池２内にて凝縮水を生じさせるというものがある。あるいは、例えばアノードとカソードを繋ぐ連通ポートと開閉バルブをあらかじめ設置しておき、回生動作が行われた場合にこのバルブを開き、アノード水素をカソード側に流して触媒燃焼を行わせることにより水を生成させるという手段を挙げることもできる。
【００５０】
さらに、第３として、カソードに対して水分を供給、その分だけ含水量を増加させるというものがある。具体例を挙げて説明すると、例えば公知の水噴射システムを用い、回生動作が行われた場合にはこの水噴射システムを動作させて水を供給すること等である。
【００５１】
ここまで説明したように、各手法のいずれか（あるいはこれらの組み合わせとしてもよい）により回生動作時に含水量を増加させることとすれば、増加した分だけ電気分解を長時間にわたり実施することが可能となる。したがってこれによれば、例えば燃料電池自動車が長い降板路を走行している途中に二次電池１５が満充電状態になったとしても、従前より長時間にわたって電気分解を実施できるから、余剰回生電力を消費してブレーキによる制動力を維持することが可能となる。
【００５２】
なお、上述した各具体例は好適例にすぎず、要は、少なくとも回生動作中における燃料電池２内の含水量を適度に増加させる（あるいは維持する）ことができれば具体的手段は限定されない。したがって、例えば第１の実施形態で説明したように燃料電池２にて少量の発電を行うこと（図２参照）、第２の実施形態で説明したように燃料電池２の目標温度を低く設定すること（図３参照）、第３の実施形態で説明したように供給エアの目標温度を低く設定すること（図４参照）、等の手段によっても電気分解を長時間にわたり実施することが可能である。
【００５３】
ちなみに、上述のごとく電気分解によって余剰回生電力を消費する本実施形態の場合、回生時における燃料電池２への印加電圧は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１４によって昇圧する等して高くなっている方が好ましい。ただし、この場合においては二次電池１５側にエネルギー（電流）が流れないようにするべく、例えばリレー（符号１８で示す）をオフする等の対策を施すことが望ましい（図５参照）。
【００５４】
また、電気分解によって余剰回生電力を消費する本実施形態の場合、回生時に例えばクロスリーク等でアノード圧が低下したとしても、電気分解を容易にするという観点からすれば調圧値を補正しない方が好ましい場合がある。そこで、状況に応じ、電気分解時のみ調圧値を一定にするといった制御を実施することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態における制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態における制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】電気分解によって余剰回生電力を消費する場合に好適な構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料電池システム、２…燃料電池（燃料電池スタック）、５…エアコンプレッサ（補機）
【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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