(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池内での電気化学反応に使用されるガスを加湿するための加湿器を有し、加湿されたガスを前記燃料電池に供給するためのガス供給部と、
前記燃料電池の加湿状態を検出するための加湿状態検出部と、
前記燃料電池と前記燃料電池の負荷との間の電気配線を開閉するための電気スイッチと、
前記電気スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムの起動後において前記燃料電池の加湿状態が第１のしきい値に下降するまでは前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行し、
前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値にまで下降したときに、前記所定の時間間隔で前記電気スイッチを開状態とする断続運転を実行して前記加湿されたガスを前記燃料電池に供給することにより前記燃料電池を加湿し、
前記燃料電池の断続運転を開始した後において、前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値以上に達したときには、前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行する、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記時間間隔を、前記負荷における負荷量の大きさに応じて決定する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記電気スイッチよりも前記負荷に近い側において、前記燃料電池とは並列に接続された電力貯蔵部を備え、前記電気スイッチが開状態のときには、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力が供給される、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記ガス供給部は、前記電気スイッチが開状態のときにも閉状態のときと同じ量のガスを前記燃料電池に供給する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池は、固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池である、燃料電池システム。
【請求項６】
加湿されたガスが供給される燃料電池を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）燃料電池の加湿状態を検出する工程と、
（ｂ）前記燃料電池システムの起動後において前記燃料電池の加湿状態が第１のしきい値に下降するまでは前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行する工程と、
（ｃ）前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値にまで下降したときに、前記所定の時間間隔で前記電気スイッチを開状態とする断続運転を実行して前記加湿されたガスを前記燃料電池に供給することにより前記燃料電池を加湿する工程と、
（ｄ）前記燃料電池の断続運転を開始した後において、前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値以上に達したときには、前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行する工程と、
を備え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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の加湿状態の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、クリーンな新しいエネルギ源として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池は、運転温度が比較的低く、高効率・高出力密度であるという優れた特徴を有するので、車両用の燃料電池として注目されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、電解質膜の含水率に応じてその膜抵抗が大きく変化するという性質を有する。このため、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムでは、電解質膜の含水率（「加湿状態」とも呼ぶ）を適切な範囲に保つことが要請される。通常は、燃料電池に供給するガス（燃料ガスおよび酸化ガス）の加湿状態を制御することによって、電解質膜の加湿状態が適切な範囲に保たれる。
【０００４】
本出願人により開示された特開平２０００−２４３４１８号公報には、燃料電池の電解質膜の加湿状態を測定する技術と、加湿状態の制御方法とが開示されている。この制御方法では、電解質膜の加湿状態が不足または過剰と判断された場合には、燃料ガスや酸化ガスの圧力を調整したり、あるいは、燃料電池の運転温度を変化させたりすることによって、加湿状態を適切な範囲に調整している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、ガスの圧力調整や燃料電池の温度調整に時間が掛かるという問題があった。このため、より応答性の良い加湿制御技術が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、従来よりも応答性の良い燃料電池の加湿状態の制御技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明による第１の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池内での電気化学反応に使用されるガスを前記燃料電池に供給するためのガス供給部と、前記燃料電池の加湿状態を検出するための加湿状態検出部と、前記燃料電池と前記燃料電池の負荷との間の電気配線を開閉するための電気スイッチと、前記電気スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記加湿状態検出部で検出された前記燃料電池の加湿状態が不十分なときに、前記電気スイッチを開くことによって前記燃料電池を開路状態にする。
【０００８】
上記構成によれば、燃料電池が加湿不足のときに電気スイッチを開くことによって、加湿状態が改善される。従って、従来技術に比べてより速やかに燃料電池の加湿状態を改善することが可能である。
【０００９】
なお、前記制御部は、前記電気スイッチを開状態とした所定時間後に前記電気スイッチを閉状態に戻すようにしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、電気スイッチを開状態としている間に燃料電池の加湿状態が測定できない場合にも、所定時間後に燃料電池を運転状態に戻すことができる。
【００１１】
前記制御部は、前記所定時間を、前記負荷における負荷量の大きさに応じて決定するようにしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、燃料電池の運転状態への復帰時間を、負荷量に応じた適切な長さに設定することが可能である。
【００１３】
本発明による第２の燃料電池システムでは、前記制御部は、前記燃料電池の運転中において、所定の時間間隔で前記電気スイッチを開くことによって前記燃料電池を開路状態にする。
【００１４】
この構成によれば、燃料電池が過度に加湿不足になることを防止することができる。
【００１５】
なお、前記制御部は、前記時間間隔を、前記負荷における負荷量の大きさに応じて決定するようにしてもよい。
【００１６】
この構成によれば、負荷量に応じた適切な運転状態で燃料電池を運転することが可能である。
【００１７】
また、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動後において前記燃料電池の加湿状態が第１のしきい値に下降するまでは前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行するとともに、前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値にまで下降したときに、前記所定の時間間隔で前記電気スイッチを開状態とする断続運転を実行するようにしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、必要な場合にのみ、燃料電池の断続運転を行うようにすることができ、燃料電池の利用効率を高めることができる。
【００１９】
前記制御部は、前記燃料電池の断続運転を開始した後において、前記燃料電池の加湿状態が前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値以上に達したときには、前記電気スイッチを閉状態に維持して前記燃料電池の連続運転を実行するようにしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、断続運転を行って加湿状態が十分回復したときには再度連続運転に移行するので、燃料電池の利用効率をさらに高めることができる。
【００２１】
上述した第１と第２の燃料電池システムは、さらに、前記電気スイッチよりも前記負荷に近い側において、前記燃料電池とは並列に接続された電力貯蔵部を備え、前記電気スイッチが開状態のときには、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力が供給されるようにしてもよい。
【００２２】
この構成によれば、燃料電池を開路状態に設定したときにも、負荷の運転を継続することが可能である。
【００２３】
なお、前記ガス供給部は、前記電気スイッチが開状態のときにも閉状態のときと同じ量のガスを前記燃料電池に供給するようにしてもよい。
【００２４】
この構成によれば、電気スイッチが開状態の期間において、燃料電池の加湿を素早く改善することが可能である。
【００２５】
なお、前記燃料電池は、固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池であることが好ましい。
【００２６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムおよびその制御方法、燃料電池システムを備える移動体およびその制御方法、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の構成：
Ｂ．第１実施例の動作：
Ｃ．第２実施例の動作：
Ｄ．第３実施例の動作：
Ｅ．変形例：
【００２８】
Ａ．装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車の概略構成図である。この電気自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）の車輪駆動機構は、モータ２０と、トルクコンバータ３０と、変速機４０とを有している。モータ２０の回転軸１３は、トルクコンバータ３０に結合されている。トルクコンバータの出力軸１４は、変速機４０に結合されている。変速機４０の出力軸１５は、ディファレンシャルギヤ１６を介して車輪１８の車軸１７に結合されている。
【００２９】
モータ２０は、ロータ２２と、ステータ２４とを備える三相の同期モータである。ロータ２２の外周面には、複数個の永久磁石が設けられている。また、ステータ２４には、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されている。モータ２０は、ロータ２２に備えられた永久磁石による磁界と、ステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。この場合には、モータ２０は発電機として機能する。
【００３０】
モータ２０には、主電源としての燃料電池システム６０と、補助電源としての２次電池５０と、の２つの電源が備えられている。２次電池５０は、燃料電池システム６０が停止時や車両の始動時等のように、燃料電池システム６０から十分な電力を出力することができない場合などに、不足する電力をモータ２０に供給する。２次電池５０の電力は、さらに、車両の制御を行う制御ユニット７０や、照明装置などの電気機器（図示せず）にも供給される。燃料電池システム６０と２次電池５０とはＤＣ−ＤＣコンバータ５５を介して並列に配列されており、また、その間には電気スイッチ５４が接続されている。
【００３１】
駆動回路５２は、電源５０，６０からの電力を用いてモータ２０を駆動する。駆動回路５２は、トランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。この駆動回路５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。
【００３２】
制御ユニット７０は、シフトレバー７２と、アクセルペダル７４と、ブレーキペダル７６とから与えられる運転者の指令に基づいて、車両のための各種の制御を実行する。制御ユニット７０が駆動回路５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御すると、２次電池５０および燃料電池システム６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２０は、このような回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００３３】
なお、制御ユニット７０の各種の制御動作は、制御ユニット７０に内蔵されている図示しないメモリ内に格納されたコンピュータプログラムを、制御ユニット７０が実行することによって実現される。このメモリとしては、ＲＯＭやハードディスクなどの種々の記録媒体を利用することが可能である。
【００３４】
図２は、燃料電池システム６０の内部構成を示す説明図である。この燃料電池システム６０は、水素を含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１０２と、燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器１１２と、酸素を含有する酸化ガス（例えば、空気）を供給する酸化ガス供給装置１０４と、酸化ガスを加湿する酸化ガス加湿器１１４と、固体高分子型の燃料電池１３０と、燃料電池１３０を冷却する冷却装置１４０と、燃料電池システム６０の運転を制御する制御部８０と、を備えている。なお、制御部８０は、燃料電池システム６０のみのための回路として構成されていてもよく、あるいは、制御ユニット７０（図１）の一部として構成されていてもよい。
【００３５】
燃料ガス供給装置１０２としては、例えば、メタノールやメタンなどの炭化水素系の原燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器や、水素を含有する燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵タンクを採用することができる。酸化ガス供給装置１０４としては、単に空気を供給するエアポンプや、空気以外の酸化ガスを貯蔵する酸化ガス貯蔵タンクを採用することができる。燃料ガス加湿器１１２および酸化ガス加湿器１１４は、水タンク１２０から汲み上げた水を気化させて、燃料ガスや酸化ガスに混入させる加湿器である。
【００３６】
燃料電池１３０は、固体高分子電解質を用いた単電池（図示せず）を複数積層して構成される固体高分子型の燃料電池である。燃料電池１３０には、燃料電池１３０の各種の状態を測定するための各種のセンサ４１〜４５が設けられている。具体的には、燃料電池１３０の出力電圧Ｖを検出する電圧計４１と、燃料電池１３０の出力電流Ｉを検出する電流計４１と、燃料電池１３０の温度Ｔを検出する温度センサ４１と、燃料ガスおよび酸化ガスのガス圧Ｐを検出する圧力センサ４４と、燃料電池１３０の抵抗値Ｒを検出する抵抗値検出器４５とが設けられている。
【００３７】
抵抗値検出器４５としては、例えば、燃料電池１３０の出力端子に交流電圧を作用させたときの電流値から抵抗値を決定する装置を利用することができる。燃料電池１３０内の固体高分子電解質膜は、その加湿状態（含水率）に応じてプロトン導電性が著しく変化するのに対して、燃料電池１３０の他の構成要素（アノード、カソード、セパレータなど）の抵抗値は加湿状態にはあまり依存しない。したがって、燃料電池１３０の抵抗値は、電解質膜の加湿状態を反映している。
【００３８】
燃料電池１３０の燃料ガスおよび酸化ガスの排出管には、それぞれ圧力調節バルブ１５２，１５４が取り付けられている。これらの圧力調節バルブ１５２，１５４を用いて、燃料電池１３０内のガス圧や、ガスの流量を調節可能である。
【００３９】
冷却装置１４０は、燃料電池１３０内部に備えられている冷却通路（図示せず）に接続された冷却水管路１４２と、冷却水管路１４２に設けられた熱交換器１４４および冷却水用ポンプ１４６と、冷却水管路１４２の燃料電池１３０の出口付近に設けられて冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１４８と、を備えている。
【００４０】
制御部８０は、ＣＰＵ８２と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ８４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ８６と、入出力ポート（図示せず）とを備えている。この制御部８０は、燃料電池システム６０内の各種のセンサからの信号を受け取り、これに応じて燃料電池システム６０の各部を制御する機能を有する。また、制御部８０は、車両の運転者席に設けられたインジケータ８８に、燃料電池システム６０の運転状態を表示する機能も有している。
【００４１】
図１においても述べたように、燃料電池１３０と２次電池５０とはＤＣ−ＤＣコンバータ５５を介して並列に接続されており、その間には電気スイッチ５４が接続されている。また、燃料電池１３０および２次電池５０は、モータ２０の駆動回路５２に接続されている。なお、駆動回路５２とモータ２０とは、燃料電池１３０や２次電池５４に対する負荷１６０を構成している。電気スイッチ５４は、制御部８０の制御によって開閉される。電気スイッチ５４が開状態のときは、負荷１６０への電源は２次電池５０のみから供給される。一方、電気スイッチ５４が閉状態のときは、負荷１６０への電源は燃料電池１３０から、または、燃料電池１３０および２次電池５０の双方から供給される。
【００４２】
Ｂ．第１実施例の動作：
図３は、第１実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、制御部８０が加湿状態の判定処理を実施する。燃料電池１３０の加湿状態（「加湿レベル」とも呼ぶ）は、例えば抵抗値検出器４５（図２）で測定される燃料電池１３０の抵抗値の微分値に基づいて判定することができる。また、燃料電池１３０の加湿状態を他の方法で測定することも可能である。燃料電池の加湿状態の具体的な測定方法の例については、例えば前述した特開２０００−２４３４１８号公報に詳述されているので、ここではその説明を省略する。
【００４３】
ステップＳ２において、加湿不足でないと判定された場合（加湿レベルが所定のしきい値以上の場合）には、ステップＳ３において、電気スイッチ５４が閉状態に維持される。この結果、燃料電池１３０は閉路状態に保たれ、主として燃料電池１３０からの電力が負荷１６０に供給される（ステップＳ４）。このとき、２次電池５４の充電量が不十分な場合には、燃料電池１３０から供給される電力によって２次電池５４が充電される。
【００４４】
一方、ステップＳ２において加湿状態が不十分と判定された場合（加湿レベルが所定のしきい値未満の場合）には、ステップＳ５において、電気スイッチ５４が開状態に設定される。この結果、燃料電池１３０は開路状態となり、２次電池５０からの電力が負荷１６０に供給される（ステップＳ６）。燃料電池１３０が開路状態となっているときにも、燃料電池１３０には加湿された燃料ガスと酸化ガスとが供給され続ける。従って、開路状態の期間では、燃料電池１３０の加湿状態が徐々に改善されてゆく。その後、予め設定された所定の時間（例えば約２０秒）が経過すると、電気スイッチ５４が閉状態に戻り、燃料電池１３０も閉路状態に復帰する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００４５】
図４は、燃料電池１３０の電圧変化の様子を示す説明図である。このグラフの横軸は燃料電池１３０の出力電流Ｉであり、縦軸は出力電圧Ｖである。特性曲線Ｇは、燃料電池１３０の加湿状態が良好な場合の電流電圧特性を示している。開路状態では、燃料電池１３０の出力電流Ｉは０であり、そのときの電圧（開路電圧）ＯＣＶは特性曲線Ｇの中で最も高い値を示す。また、出力電流Ｉが増加するに従って、出力電圧Ｖが低下する。
【００４６】
燃料電池１３０の加湿状態が良好な場合には、ある電流値Ｉａに対して、特性曲線Ｇ上の電圧値Ｖａが得られる。ところが、加湿不足の場合には、図４において矢印（１）で示されるように、適正な電圧値Ｖａよりも低い電圧値Ｖｂしか得られなくなる。このとき、燃料電池１３０を開路状態にすると、矢印（２）で示されるように、燃料電池１３０の出力電圧は開路電圧ＯＣＶを示す。そして、この開路状態を維持することによって燃料電池１３０の加湿状態が良好な範囲に戻ると、矢印（３）に示されるように、特性曲線Ｇ上における適正な電圧値Ｖａが得られるようになる。
【００４７】
このように、燃料電池１３０の加湿状態が不足していると判定されている場合に、燃料電池１３０を開路状態に設定することによって、その加湿状態を改善することができる。開路状態の設定は、電気スイッチ５４を開くことによって行えるので、燃料電池１３０の加湿状態の制御を応答性良く行うことが可能である。
【００４８】
なお、開路状態から閉路状態に復帰するまでの時間（図３のステップＳ７）は、負荷１６０における負荷量に応じて変化させてもよい。図５は、電気スイッチ５４の開路から閉路までの復帰時間と、負荷量との関係の一例を示している。この例では、負荷量が大きいほど閉路までの復帰時間が長くなっている。この理由は、負荷量が大きいほど、燃料電池１３０を加湿不足にする要因が強いので、燃料電池１３０を十分な加湿状態に戻すためにより長い期間だけ開路状態に保つことが好ましいからである。但し、長期間にわたって燃料電池１３０を開路状態に保つと、２次電池５０の負担が増加する。従って、２次電池５０の充電量が所定のしきい値よりも低いときには、燃料電池１３０を閉路状態に復帰させる時間を、充電量がしきい値よりも大きいときに比べて短い所定の時間に設定することが好ましい。なお、２次電池５０の充電量は、２次電池５０に設けられた図示しない充電量センサを用いて測定される。
【００４９】
また、開路状態の期間においては、燃料ガスや酸化ガスの供給量や、加湿器１１２，１１４における加湿量を、閉路状態とは異なる値に設定してもよい。例えば、開路状態の期間において、燃料ガスの供給量を閉路状態よりも低下させ、酸化ガスは閉路状態と同じに保つようにしてもよい。しかし、開路状態の期間においても閉路状態と同じ量や組成の燃料ガスや酸化ガスを燃料電池１３０に供給するようにすれば、開路状態から閉路状態に復帰した後に、燃料電池１３０を直ちに所望の運転状態で運転させることができるという利点がある。一方、開路状態の期間において、閉路状態よりも燃料ガスの供給量を低下させるようにすれば、燃料ガスを節約することができるという利点がある。
【００５０】
上述した閉路状態への復帰時間の制御や、開路状態期間におけるガス供給の制御は、以下に説明する他の実施例においても同様に適用可能である。
【００５１】
Ｃ．第２実施例の動作：
図６は、第２実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャートである。この手順では、まず、燃料電池１３０が加湿不足か否かに拘わらず、予め設定された所定の第１の時間Ｔon（例えば１時間）が経過すると、電気スイッチ５４を開き、燃料電池１３０を開路状態に設定する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。その後、予め設定された所定の第２の時間Ｔoff （例えば約５秒）が経過すると、電気スイッチ５４が閉状態に戻り、燃料電池１３０も閉路状態に復帰する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。そして、これらのステップＳ１１〜Ｓ１４が繰り返される。
【００５２】
換言すれば、この第２実施例では、燃料電池１３０の運転中において、燃料電池１３０の加湿状態の良否に拘わらず、所定の時間間隔（Ｔon＋Ｔoff ）で電気スイッチ５４を開くような断続運転（「断続開閉運転」とも呼ぶ）を行っている。こうすれば、燃料電池１３０の加湿状態を常に適正な範囲に保つことができる可能性が高まる。すなわち、燃料電池１３０が加湿不足になることを予防することができるという利点がある。
【００５３】
なお、燃料電池１３０が閉路状態に保たれる時間Ｔonと、開路状態に保たれる時間Ｔoff とは、負荷１６０における負荷量に応じて変更するようにしてもよい。こうすれば、負荷量に応じた適切な運転状態で燃料電池１３０を運転することが可能である。
【００５４】
Ｄ．第３実施例の動作：
図７は、第３実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャートである。図８は、第３実施例における燃料電池１３０の運転状態の推移を示す説明図である。横軸は時間であり、縦軸は加湿レベル（加湿状態を示す指標値のレベル）である。
【００５５】
図８の時刻ｔ０において燃料電池１３０の運転が開始されると、加湿レベルが徐々に低下する。加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１以上のときには、そのまま運転を継続する（図７のステップＳ２１）。一方、加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１を下回ったときには、ステップＳ２２〜Ｓ２６の手順に従って、上記第２実施例と同様な断続運転を実行する。すなわち、加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１を下回ると、ステップＳ２２において電気スイッチ５４が開状態に設定される（図８の時刻ｔ１）。その後、所定の時間Ｔoff だけ経過した後に電気スイッチ５４が閉状態に再設定される（ステップＳ２３，Ｓ２４）。
【００５６】
ステップＳ２５では、加湿レベルが第２のしきい値Ｌ２以上であるか否かが判断される。この第２のしきい値Ｌ２は、図８に示されているように、第１のしきい値Ｌ１よりも高い（すなわち電解質膜の含水率が高い）値に設定されている。加湿レベルが第２のしきい値Ｌ２未満のときには、ステップＳ２６からステップＳ２２に戻り、所定の時間Ｔonだけ経過した後に、再び電気スイッチ５４が開状態に設定される。そして、所定の時間Ｔoff だけ経過した後に電気スイッチ５４が閉状態に復帰する（ステップＳ２３，Ｓ２４）。こうして、加湿レベルが第２のしきい値Ｌ２以上になるまで断続運転が継続される（図８の期間ｔ１〜ｔ２）。
【００５７】
ステップＳ２５において加湿レベルが第２のしきい値Ｌ２以上になると、断続運転が終了し、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１に戻った後は、加湿レベルが再び第１のしきい値Ｌ１に低下するまで燃料電池１３０が閉路状態で連続的に運転される（図８の期間ｔ２〜ｔ３）。
【００５８】
このように、第３実施例では、燃料電池１３０の加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１を下回るまでは燃料電池１３０の連続運転が行われ、加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１を下回ると、断続運転が行われる。そして、断続運転の結果、加湿レベルが第１のしきい値Ｌ１よりも高い第２のしきい値Ｌ２に達すると、再び連続運転が開始される。この結果、燃料電池１３０の加湿状態が不足しているときにのみ、燃料電池１３０の断続運転を行うことによって加湿不足を解消することができる。従って、第２実施例に比べて、燃料電池１３０の利用効率を高めることが可能である。
【００５９】
なお、第３実施例においても第２実施例と同様に、断続運転時における時間Ｔon，Ｔoff を、負荷１６０における負荷量に応じて変更するようにしてもよい。
【００６０】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６１】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、電解質膜が固体高分子で形成された固体高分子型燃料電池を用いたシステムの制御技術について説明したが、本発明は、一般に、燃料電池内の加湿状態が問題となるような燃料電池を用いたシステムに適用可能である。但し、現在までの知見では、加湿状態による出力電圧への影響は、固体高分子型燃料電池において最も大きい。従って、固体高分子型燃料電池に本発明を適用したときに、その効果が最も顕著である。
【００６２】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例における２次電池５０（図２）の代わりに、コンデンサなどの他のタイプの電力貯蔵部を用いることも可能である。また、電力貯蔵部を省略するようにしてもよい。
【００６３】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、燃料電池システムを使用した電気自動車の例について説明したが、本発明は、車輪駆動用の原動機として、モータと内燃機関との２つの原動機を用いたハイブリッド自動車（ハイブリッド車両）にも適用することができる。また、本発明は、船舶や電車などのような、自動車以外の移動体にも適用可能である。すなわち、本発明は、一般に、燃料電池システムを含む電源と、推進力を発生するための原動機と、電源から供給される電力を用いて原動機を駆動する駆動回路と、これらの電源と原動機と駆動回路とを制御するための制御部と、を備える移動体に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としての電気自動車の概略構成図。
【図２】燃料電池システム６０の内部構成を示す説明図。
【図３】第１実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャート。
【図４】燃料電池１３０の電圧変化の様子を示す説明図。
【図５】電気スイッチ５４の開路から閉路までの時間と、負荷量との関係の一例を示す説明図。
【図６】第２実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャート。
【図７】第３実施例における燃料電池の加湿制御手順を示すフローチャート。
【図８】第３実施例における燃料電池１３０の運転状態の推移を示す説明図。
【符号の説明】
１３…回転軸
１４…出力軸
１５…出力軸
１６…ディファレンシャルギヤ
１７…車軸
１８…車輪
２０…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
４０…変速機
４１〜４５…センサ
４１…温度センサ
４１…電圧計
４１…電流計
４４…圧力センサ
４５…検出器
５０…２次電池
５２…駆動回路
５４…電気スイッチ
５５…ＤＣ−ＤＣコンバータ
６０…燃料電池システム
７０…制御ユニット
７２…シフトレバー
７４…アクセルペダル
７６…ブレーキペダル
８０…制御部
８２…ＣＰＵ
８４…ＲＯＭ
８６…ＲＡＭ
８８…インジケータ
１０２…燃料ガス供給装置
１０４…酸化ガス供給装置
１１２…燃料ガス加湿器
１１４…酸化ガス加湿器
１２０…水タンク
１３０…燃料電池
１４０…冷却装置
１４２…冷却水管路
１４４…熱交換器
１４６…冷却水用ポンプ
１４８…冷却水温度センサ
１５２，１５４…圧力調節バルブ
１６０…負荷
【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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