(57)【要約】【課題】  発電性能の低下を抑制できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、酸化ガス及び燃料ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する供給部と、前記燃料電池から排出された前記酸化ガスを前記燃料電池に再供給する再供給部と、前記燃料電池の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行い、前記燃料電池に要求される発電量に基づいて、前記リフレッシュ運転による増加後の前記燃料電池のセル電圧を推測し、推測した前記セル電圧が所定の上限値を超える場合、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスの酸素濃度を、前記供給部及び前記再供給部を駆動することにより低下させる制御部とを備える。【選択図】図１
2016152227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガス及び燃料ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する供給部と、
前記燃料電池から排出された前記酸化ガスを前記燃料電池に再供給する再供給部と、
前記燃料電池の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行い、前記燃料電池に要求される発電量に基づいて、前記リフレッシュ運転による増加後の前記燃料電池のセル電圧を推測し、推測した前記セル電圧が所定の上限値を超える場合、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスの酸素濃度を、前記供給部及び前記再供給部を駆動することにより低下させる制御部とを備える燃料電池システム。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン自動車とは異なる新しい自動車として、燃料電池を搭載した燃料電池自動車（FCV : Fuel Cell Vehicle）が注目されている。ＦＣＶに搭載された燃料電池は、燃料の水素と、空気中の酸素とを化学反応させることにより発電してモータを駆動する。
【０００３】
燃料電池は、時間の経過とともに化学反応を促進する白金触媒が酸化し、その酸化物が白金触媒の表面に蓄積されることで発電性能が低下する。このため、燃料電池システムは、酸素及び水素の一方の供給量を低下させることにより燃料電池のセル電圧を一時的に低下させる。これにより、酸化物が還元されるため、燃料電池の発電性能が回復する。なお、このように発電性能を回復させる動作を、以下の説明で「リフレッシュ運転」と表記する。
【０００４】
しかし、燃料電池に要求される電力量（負荷）によっては、リフレッシュ運転によりセル電圧が増加することで所定の高電位回避電圧を超えてしまうことがある。この場合、白金触媒が溶出することにより、かえって燃料電池の発電性能が低下する。溶出した白金触媒は、酸化物とは異なり、元に戻らないため、燃料電池の短命化の要因となる。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１には、リフレッシュ運転後の燃料電池の出力電圧を推定し、推定した出力電圧が所定の高電位回避電圧を超えない場合にリフレッシュ運転を実行する点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７６６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の記載内容によると、推定した燃料電池の出力電圧が所定の高電位回避電圧を超える場合には、リフレッシュ運転が実行されない。このため、燃料電池の発電性能の低下を抑制できず、燃費や車両の運転性が低下するおそれがある。なお、このような問題は、ＦＣＶに搭載された燃料電池システムに限定されず、他用途の燃料電池システムにも同様に存在する。
【０００８】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、発電性能の低下を抑制できる燃料電池システム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】
【０００９】
本明細書に記載の燃料電池システムは、酸化ガス及び燃料ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する供給部と、前記燃料電池から排出された前記酸化ガスを前記燃料電池に再供給する再供給部と、前記燃料電池の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行い、前記燃料電池に要求される発電量に基づいて、前記リフレッシュ運転による増加後の前記燃料電池のセル電圧を推測し、推測した前記セル電圧が所定の上限値を超える場合、前記燃料電池に供給される前記酸化ガスの酸素濃度を、前記供給部及び前記再供給部を駆動することにより低下させる制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電性能の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池システムの一例を示す構成図である。
【図２】リフレッシュ運転によるセル電圧の変化の一例を示す図である。
【図３】燃料電池の電流密度に対する電圧及び電力量の変化を示すグラフである。
【図４】酸素濃度とセル電圧の関係の一例を示す図である。
【図５】燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池システムの動作の他例を示すフローチャートである。
【図７】燃料電池システムの動作の他例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、燃料電池システム１の一例を示す構成図である。燃料電池システム１は、燃料電池自動車などの車両に搭載され、車両を駆動するモータＭに電力を供給する。
【００１３】
燃料電池システム１は、制御装置１０と、エアコンプレッサ１１と、一対の循環制御弁１３ａ，１３ｂと、濃度センサ１４と、酸素循環ポンプＰｏと、水素タンク１６と、燃料ガス調圧弁１７と、水素循環ポンプＰｈと、パージ弁２２と、燃料電池２３とを備える。燃料電池システム１は、さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５と、ＤＣ−ＡＣインバータ２６と、補機類２７と、バッテリ２８と、ＳＯＣ（State Of Charge）センサ２９とを備える。
【００１４】
制御装置１０は、制御部の一例であり、燃料電池システム１の動作を制御する。制御装置１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶手段から読み出したプログラムに従って動作する。なお、制御装置１０は、プログラムで動作するものに限定されず、ハードウェアのみで動作するものであってもよい。
【００１５】
制御装置１０内のメモリ１００には、燃料電池２３の特性に関する特性データベース（ＤＢ）９が格納される。特性ＤＢ９は、後述するように、酸素濃度、Ｉ−Ｖ（電流密度−セル電圧）特性、及びＩ−Ｐ（電流密度−電力量）特性の関係を示し、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度の制御に用いられる。
【００１６】
制御装置１０は、各種の指令や制御処理に従って制御信号Ｓ１〜Ｓ６をエアコンプレッサ１１、酸素循環ポンプＰｏ、一対の循環制御弁１３ａ，１３ｂ、燃料ガス調圧弁１７、及びパージ弁２２にそれぞれ出力する。また、制御装置１０には、アクセルセンサ４１が検出したアクセルの開度Ａ、ブレーキセンサ４２が検出したブレーキの開度Ｂ、濃度センサ１４が検出した酸素濃度Ｎ、及びＳＯＣセンサ２９が検出したバッテリ２８の蓄電量Ｃが入力される。
【００１７】
燃料電池２３には、燃料ガスの一例である水素ガスを供給するための燃料ガス供給路１８と、発電に使用した水素ガスを排出するための燃料ガス排出路２１とが接続されている。燃料ガス供給路１８には、水素タンク１６及び燃料ガス調圧弁１７が、この順に接続されている。
【００１８】
水素タンク１６は、水素ガス（Ｈ２）の供給装置であり、内部に水素ガスを高圧の状態で貯留している。水素ガスは、水素タンク１６から燃料ガス調圧弁１７を経由して燃料電池２３のアノード側に導入される。
【００１９】
水素ガスは、燃料ガス調圧弁１７を通過することで圧力が調整される。燃料ガス調圧弁１７は、制御装置１０からの制御信号Ｓ５に基づいて弁の開度を調整することで、燃料電池２３に導入される水素ガスの圧力を調整する。
【００２０】
燃料電池２３から排出された水素ガス（つまりオフガス）は、燃料ガス排出路２１に導かれる。燃料ガス排出路２１の途中には、パージ弁２２が設けられている。
【００２１】
パージ弁２２は、制御装置１０からの制御信号Ｓ６に従って開閉される。パージ弁２２は、燃料電池２３内から水素ガスを掃気する場合に開放される。
【００２２】
燃料ガス排出路２１からは、アノード側再循環経路２０が分岐している。分岐したアノード側再循環経路２０は、燃料ガス供給路１８に接続されている。アノード側再循環経路２０には水素循環ポンプＰｈが設けられており、水素循環ポンプＰｈは、燃料ガス排出路２１に排出された水素ガスを、アノード側再循環経路２０を経由して燃料ガス供給路１８に導く。アノード側再循環経路２０から燃料ガス供給路１８に導かれた水素ガスは、燃料電池２３に再供給される。
【００２３】
また、燃料電池２３には、空気を供給するための空気供給路１２と、発電に使用した空気を排出するための空気排出路１５とが接続されている。空気供給路１２には、エアコンプレッサ１１、一方の循環制御弁１３ａ、及び濃度センサ１４が接続されている。
【００２４】
エアコンプレッサ１１は、供給部の一例であり、燃料電池２３に空気を供給する。より具体的には、エアコンプレッサ１１は、例えば車両の外部から、酸素（Ｏ２）を含む空気を取り込んで燃料電池２３に圧送する。なお、本実施例では、酸化ガスの一例として空気を挙げるが、これに限定されない。エアコンプレッサ１１は、制御装置１０からの制御信号Ｓ１に従って駆動され、空気を燃料電池２３のカソード側に導入する。
【００２５】
循環制御弁１３ａは、制御装置１０からの制御信号Ｓ３に従って開閉される。循環制御弁１３ａは、酸素循環ポンプＰｏから空気供給路１２に空気（酸素）を導く場合に開放される。
【００２６】
濃度センサ１４は、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度Ｎを検出する。検出された酸素濃度Ｎは、制御装置１０に出力される。
【００２７】
燃料電池２３から排出された空気は、空気排出路１５に導かれる。空気排出路１５には、他方の循環制御弁１３ｂが接続されている。
【００２８】
循環制御弁１３ｂは、制御装置１０からの制御信号Ｓ４に従って開閉され、酸素循環ポンプＰｏが設けられたカソード側再循環経路１３に接続されている。このため、循環制御弁１３ｂは、排出された空気を酸素循環ポンプＰｏに導く場合に開放され、排出された空気を車両外部に導く場合に閉塞される。
【００２９】
カソード側再循環経路１３は、空気排出路１５から分岐している。酸素循環ポンプＰｏは、再供給部の一例であり、制御装置１０からの制御信号Ｓ２に従って駆動され、燃料電池２３から排出された空気を燃料電池２３に再供給する。より具体的には、酸素循環ポンプＰｏは、空気排出路１５に排出された空気を、カソード側再循環経路１３を経由して空気供給路１２に導く。カソード側再循環経路１３から空気供給路１２に導かれた空気は、燃料電池２３に再供給される。
【００３０】
燃料電池２３は、複数の燃料電池セルの積層体（スタック）として構成される。各燃料電池セルは、水素ガスが供給されるアノード電極（燃料極）２３ａと、空気が供給されるカソード電極（空気極）２３ｃと、アノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｃに挟まれた電解質膜２３ｂとを備える。
【００３１】
アノード電極２３ａ、カソード電極２３ｃ、及び電解質膜２３ｂは、膜電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）を構成する。水素及び酸素は、化学反応することにより水と電気を生成する。このように、燃料電池２３は、水素及び酸素が供給されることにより発電し、車両を駆動するモータＭに電流を出力する。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、例えば昇降圧チョッパ回路を含み、燃料電池２３の出力電圧を変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、昇降圧チョッパ回路内に設けられたＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの複数のスイッチング素子をオンオフ制御することにより電圧を変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力電流は、ＤＣ−ＡＣインバータ２６に入力される。
【００３３】
ＤＣ−ＡＣインバータ２６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力電流を直流から三相交流に変換する。ＤＣ−ＡＣインバータ２６は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式に基づいてスイッチング素子がオンオフ制御することで電流を変換する。ＤＣ−ＡＣインバータ２６の出力電流はモータＭに出力される。
【００３４】
バッテリ２８は、充電可能な二次電池であり、燃料電池２３の出力によりＤＣ−ＤＣコンバータ２５を介して充電される。バッテリ２８の蓄電量Ｃは、ＳＯＣセンサ２９により検出されて制御装置１０に通知される。なお、バッテリ２８としては、例えばニッケル水素バッテリが挙げられる。
【００３５】
バッテリ２８とＤＣ−ＤＣコンバータ２５の間には、バッテリ２８を電源とする補機類２７が接続されている。補機類２７としては、例えば車両の照明機器、空調機器、油圧ポンプなどが挙げられる。
【００３６】
燃料電池２３の電解質膜２３ｂの表面には、化学反応を促進する白金触媒が塗布されている。白金触媒は発電により酸化し、その酸化物が白金触媒の表面に蓄積されることで燃料電池２３の発電性能は低下する。
【００３７】
このため、制御装置１０は、発電性能を回復するリフレッシュ運転を行う。リフレッシュ運転では、制御装置１０は、空気及び水素ガスの一方の供給量を低下させることにより燃料電池２３のセル電圧を一時的に例えば０．６（Ｖ）以下に制御する。これにより、酸化物が還元されるため、燃料電池の発電性能が回復する。なお、リフレッシュ運転は、例えば車両の走行中またはアイドル運転状態において行われる。
【００３８】
図２には、リフレッシュ運転によるセル電圧の変化の一例が示されている。図２において、横軸は燃料電池２３の使用時間を示し、縦軸は燃料電池２３のセル電圧を示す。Ｖｏはセル電圧の初期値を示す。なお、セル電圧とは、燃料電池２３のスタックを構成する燃料電池セル単体の電圧を指す。
【００３９】
制御装置１０は、使用時間ｔ１〜ｔ４において燃料電池２３のリフレッシュ運転を行う。セル電圧は、白金触媒の酸化物の蓄積のため、使用時間の経過に伴って低下するが、リフレッシュ運転が行われるたびに増加する。このため、燃料電池２３の寿命を延ばすことができる。
【００４０】
しかし、燃料電池２３に要求される電力量（以下、「要求電力量」と表記）によっては、リフレッシュ運転によりセル電圧が増加することで所定の高電位回避電圧を超えてしまうことがある。高電位回避電圧は、セル電圧の上限値の一例であり、燃料電池２３の開回路電圧（OCV: Open Circuit Voltage）より小さい値（例えば０．８Ｖ）が設定される。セル電圧が所定の高電位回避電圧を超えた場合、白金触媒が溶出することにより、かえって燃料電池２３の発電性能が低下する。溶出した白金触媒は、酸化物とは異なり、元に戻らないため、燃料電池の短命化の要因となる。
【００４１】
図３は、燃料電池２３の電流密度に対する電圧及び電力量の変化を示すグラフである。図３において、横軸は燃料電池２３の電流密度（Ａ／ｃｍ２）を示し、縦軸は燃料電池２３のセル電圧（Ｖ）及び電力量（ｋＷ）を示す。
【００４２】
また、符号Ｇ１はリフレッシュ運転後の電力量を示し、符号Ｇ２はリフレッシュ運転前の電力量を示す。符号Ｇ３はリフレッシュ運転後のセル電圧を示し、符号Ｇ４はリフレッシュ運転前のセル電圧を示す。
【００４３】
セル電圧Ｇ３，Ｇ４を互いに比較すると理解されるように、リフレッシュ運転後のセル電圧は、リフレッシュ運転前より増加する。このため、リフレッシュ運転の前後で燃料電池２３の要求電力量Ｐｒｑが一定である場合、セル電圧は、ＶｂからＶａに増加する。ここで、Ｖａは、要求電力量Ｐｒｑに対応するリフレッシュ運転後のセル電圧であり、Ｖｂは、要求電力量Ｐｒｑに対応するリフレッシュ運転前のセル電圧である。
【００４４】
高電位回避電圧をＶｔｈとして、Ｖａ＞Ｖｔｈ＞Ｖｂが成立する場合、リフレッシュ運転後のセル電圧Ｖａは高電位回避電圧Ｖｔｈを超えてしまうため、白金触媒が溶出して、燃料電池２３の発電性能が低下する。これに対して、仮に特許文献１に記載された技術を適用した場合、推定した燃料電池のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合には、リフレッシュ運転が実行されない。このため、燃料電池２３の発電性能の低下を抑制できず、燃費や車両の運転性が低下するおそれがある。
【００４５】
そこで、制御装置１０は、特性ＤＢ９を参照することにより、燃料電池２３の要求発電量Ｐｒｑに基づいて、リフレッシュ運転による増加後の燃料電池２３のセル電圧を推測する。特性ＤＢ９には、例えば、シミュレーションまたは実機による計測結果に基づく、酸素濃度、Ｉ−Ｖ特性、及びＩ−Ｐ特性などの特性情報（数値マップなど）が登録されている。
【００４６】
制御装置１０は、特性ＤＢ９から要求発電量Ｐｒｑに応じた電流密度を取得し、さらに、その電流密度に応じたセル電圧を取得する。ここで、要求電力量Ｐｒｑは、例えば、アクセルセンサ４１により検出されたアクセルの開度Ａ、ブレーキセンサ４２が検出したブレーキの開度Ｂ、及び補機類２７の動作に必要とされる電力量などから算出される。
【００４７】
また、制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合、特性ＤＢ９に基づいて、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる。このとき、制御装置１０は、エアコンプレッサ１１を駆動するとともに、一対の循環制御弁１３ａ，１３ｂを開放して酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより、空気排出路１５から空気供給路１２に空気を再循環させる。
【００４８】
このため、エアコンプレッサ１１からの空気は、酸素循環ポンプＰｏからの空気と混合されるので、酸素濃度が低下する。
【００４９】
図４には、酸素濃度とセル電圧の関係の一例が示されている。図４において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸はセル電圧（Ｖ）及び酸素濃度（％）を示す。また、セル電圧は実線により表され、酸素濃度は点線により表されている。なお、酸素濃度とセル電圧は、燃料電池２３の電流密度を一定として得られたものである。
【００５０】
図４に示されるように、酸素濃度が低下すると、セル電圧も低下する。したがって、燃料電池２３のセル電圧は、エアコンプレッサ１１のみで空気を供給する場合より低下する。
【００５１】
より具体的には、制御装置１０は、特性ＤＢ９に基づいて、セル電圧が所定の高電位回避電圧以下の目標値になるように、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより制御する。制御装置１０は、特性ＤＢ９を参照することにより、セル電圧の目標値に応じた電流密度を取得し、その電流密度に応じた酸素濃度を取得する。
【００５２】
そして、制御装置１０は、濃度センサ１４により検出された酸素濃度Ｎが、特性ＤＢ９から取得した酸素濃度となるように、制御信号Ｓ１，Ｓ２によりエアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏの出力を調整する。これにより、セル電圧は、リフレッシュ運転後に増加しても高電位回避電圧以下に維持されるため、燃料電池２３の発電性能の低下が抑制される。なお、制御装置１０は、酸素濃度の制御において、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏのうち、一方の出力を固定して、他方の出力のみを調整してもよい。
【００５３】
上述したセル電圧の推定処理及び酸素濃度の低下制御は、リフレッシュ運転が行われる前とリフレッシュ運転が行われた後の少なくとも一方のタイミングで実行される。リフレッシュ運転が行われる前にセル電圧を推定した場合、推定したセル電圧が所定の高電位回避電圧以下であっても、リフレッシュ運転を実行した後に燃料電池２３の要求電力量Ｐｒｑが低下すると、セル電圧は所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超えることがある。このため、セル電圧の推定処理及び酸素濃度の低下制御は、リフレッシュ運転後、セル電圧が増加を開始するまでに十分な時間があれば、リフレッシュ運転後にも実行されると望ましい。
【００５４】
図５は、燃料電池システム１の動作の一例を示すフローチャートである。本動作は、燃料電池２３が発電中に実行される。
【００５５】
まず、制御装置１０は、燃料電池の要求発電量Ｐｒｑに基づいて、リフレッシュ運転による増加後の燃料電池２３のセル電圧を推測する（ステップＳｔ１）。より具体的には、制御装置１０は、特性ＤＢ９を参照することにより、燃料電池２３の要求発電量Ｐｒｑに対応するセル電圧を予測する。ここで、制御装置１０は、燃料電池２３の起動時のＩ−Ｖ特性を特性ＤＢ９に登録しておき、リフレッシュ運転後のセル電圧の予測に用いてもよい。次に、制御装置１０は、推測したセル電圧と所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを比較する（ステップＳｔ２）。
【００５６】
制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合（ステップＳｔ２のＹｅｓ）、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる（ステップＳｔ３）。これにより、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。一方、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下である場合（ステップＳｔ２のＮｏ）、ステップＳｔ３の処理は行われない。
【００５７】
次に、制御装置１０は、燃料電池２３の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行う（ステップＳｔ４）。次に、制御装置１０は、燃料電池の要求発電量Ｐｒｑに基づいて、リフレッシュ運転による増加後の燃料電池２３のセル電圧を推測する（ステップＳｔ５）。これにより、制御装置１０は、リフレッシュ運転後に要求電力量Ｐｒｑが低下しても、再度、セル電圧を推測することができる。なお、リフレッシュ運転後に要求電力量Ｐｒｑが低下する場合としては、車両が高速運転中に渋滞に遭遇して減速する場合や、燃料電池２３が通常運転状態からアイドル運転状態に移行した場合などが挙げられる。
【００５８】
次に、制御装置１０は、推測したセル電圧と所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを比較する（ステップＳｔ６）。制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合（ステップＳｔ６のＹｅｓ）、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる（ステップＳｔ７）。これにより、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。
【００５９】
一方、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下である場合（ステップＳｔ６のＮｏ）、ステップＳｔ７の処理は行われない。このようにして、燃料電池２３の動作は行われる。
【００６０】
図５に示された例では、リフレッシュ運転の実行前にセル電圧の推定及び酸素濃度の低下制御が行われるため、リフレッシュ運転に先立ってセル電圧の増加を抑制できるが、リフレッシュ運転の実行後に要求電力量Ｐｒｑが減少する場合にだけ、セル電圧の推定及び酸素濃度の低下制御が行われてもよい。
【００６１】
図６は、この場合の燃料電池システム１の動作の例を示すフローチャートである。制御装置１０は、燃料電池２３の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行う（ステップＳｔ１１）。
【００６２】
次に、制御装置１０は、要求電力量Ｐｒｑが減少しているか否かを判定する（ステップＳｔ１２）。要求電力量Ｐｒｑは、上述したように、例えば、アクセルセンサ４１により検出されたアクセルの開度Ａ、ブレーキセンサ４２が検出したブレーキの開度Ｂ、及び補機類２７の動作に必要とされる電力量などから算出される。制御装置１０は、例えば要求電力量Ｐｒｑの単位時間内の変化量を算出することで、要求電力量Ｐｒｑが減少しているか否かを判定する。
【００６３】
制御装置１０は、要求電力量Ｐｒｑの変化がない場合または要求電力量Ｐｒｑが増加している場合（ステップＳｔ１２のＮｏ）、動作を終了する。一方、要求電力量Ｐｒｑが減少している場合（ステップＳｔ１２のＹｅｓ）、制御装置１０は、燃料電池の要求発電量Ｐｒｑに基づいて、リフレッシュ運転による増加後の燃料電池２３のセル電圧を推測する（ステップＳｔ１３）。
【００６４】
次に、制御装置１０は、推測したセル電圧と所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを比較する（ステップＳｔ１４）。制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合（ステップＳｔ１４のＹｅｓ）、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる（ステップＳｔ１５）。これにより、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。
【００６５】
一方、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下である場合（ステップＳｔ１４のＮｏ）、ステップＳｔ１５の処理は行われない。このようにして、燃料電池２３の動作は行われる。
【００６６】
図５及び図６の例では、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合、酸素濃度の低下制御が行われるが、燃料電池２３の発電量の余剰分をバッテリ２８に充電することでセル電圧の増加が抑制される場合、酸素濃度の低下制御を中止してもよい。
【００６７】
図７は、この場合の燃料電池システム１の動作の例を示すフローチャートである。なお、図７において、図６と共通する処理については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合（ステップＳｔ１４のＹｅｓ）、ＳＯＣセンサ２９により検出されたバッテリ２８の蓄電量Ｃを所定の閾値Ｃｔｈと比較する（ステップＳｔ２５）。制御装置１０は、Ｃ≧Ｃｔｈが成立する場合（ステップＳｔ２５のＹｅｓ）、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる（ステップＳｔ２６）。これにより、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。
【００６９】
一方、Ｃ＜Ｃｔｈが成立する場合（ステップＳｔ２５のＮｏ）、ステップＳｔ２６の処理は行われず、燃料電池２３の発電量の余剰分がバッテリ２８に充電される（ステップＳｔ２７）。つまり、制御装置１０は、バッテリ２８に十分な空き容量が存在する場合、燃料電池２３の発電量の余剰分をバッテリ２８に充電させる。これにより、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。このようにして、燃料電池２３の動作は行われる。
【００７０】
これまで述べたように、実施例に係る燃料電池システム１は、燃料電池２３と、エアコンプレッサ１１と、酸素循環ポンプＰｏと、制御装置１０とを備える。燃料電池２３は、空気及び水素ガスが供給されることにより発電する。エアコンプレッサ１１は、燃料電池２３に空気を供給する。酸素循環ポンプＰｏは、燃料電池２３から排出された空気を燃料電池２３に再供給する。
【００７１】
制御装置１０は、燃料電池２３の発電性能を回復させるリフレッシュ運転を行い、燃料電池２３に要求される発電量Ｐｒｑに基づいて、リフレッシュ運転による増加後の燃料電池２３のセル電圧を推測する。制御装置１０は、推測したセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度を、エアコンプレッサ１１及び酸素循環ポンプＰｏを駆動することにより低下させる。
【００７２】
このため、燃料電池２３のセル電圧が、リフレッシュ運転により所定の高電位回避電圧Ｖｔｈを超える場合、燃料電池２３に供給される空気の酸素濃度が低下するため、リフレッシュ運転後のセル電圧が所定の高電位回避電圧Ｖｔｈ以下に維持される。したがって、リフレッシュ運転が行われても、燃料電池２３の電解質膜２３ｂから白金触媒が溶出することを抑制できる。
【００７３】
よって、実施例に係る燃料電池システム１によると、発電性能の低下を抑制できる。
【００７４】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、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内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      燃料電池システム
９      特性データベース
１０      制御装置
１１      エアコンプレッサ
１２      空気供給路
１３      カソード側再循環経路
１３ａ，１３ｂ    循環制御弁
２３      燃料電池
２８      バッテリ
２９      ＳＯＣセンサ
Ｐｏ      酸素循環ポンプ
【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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