JP4789018B2

JP4789018B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP4789018B2
Application number: JP2008016423A
Authority: JP
Inventors: 秀昭水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: CN101926039B; WO2009096229A1; DE112009000223T5; CN101926039A; US8216734B2; JP2009176666A; US20110003221A1; DE112009000223B4

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池の運転状態に応じて出力電力を制御する燃料電池システムに関する。

石油依存の車社会の将来像が懸念されている現代では、水素を燃料とする燃料電池を搭載した自動車の普及が期待されている。燃料電池はセルを直列に積層したスタック構造を有しており、アノードに供給される水素を含む燃料ガスとカソードに供給される酸素を含む酸化ガスの電気化学反応を利用して発電を行っている。

燃料電池は他の電源に比べて起動に際して種々の制約が存在する。かかる燃料電池の発電効率は、温度の低下や電極触媒の被毒に起因して減少し、所望の電圧／電流を供給することができずに機器を起動できない場合も生じる。

このような事情に鑑み、料電池を始動する際、アノードに供給される燃料ガス及びカソードに供給される酸化ガスの少なくともいずれか一方を不足状態とし、電極の一部の過電圧を増加させてさらなる熱を発生させることで燃料電池の温度を上昇させ、電極触媒を還元させることで燃料電池の電流・電圧特性（ＩＶ特性）を回復させる運転（以下、リフレッシュ運転）が行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

特表２００３−５０４８０７号

ところで、燃料電池の電流・電圧特性（以下、ＩＶ特性）は一定でなく、リフレッシュ運転（以下の前後において大きく変動する。具体的には、いったんリフレッシュ運転を実行すると、燃料電池のＩＶ特性は向上するが、かかるリフレッシュ運転を多頻度に実施すると、燃料電池のＩＶ特性が必要以上に向上してしまい、燃料電池の発電によって生じる余剰電力を２次電池で吸収できない等の問題が懸念される。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、リフレッシュ運転を適切に制御することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、リフレッシュ運転を行うことにより前記燃料電池の電気的特性を向上させる運転手段と、リフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電圧が、設定された出力電圧上限値を超えないように前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を制御する運転制御手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、リフレッシュ運転後の燃料電池の出力電圧が、設定された出力電圧上限値を超えないようにリフレッシュ運転の実行が制御されるため、燃料電池の出力電圧が設定された出力電圧上限値を超えた状態で運転されるのを未然に防止することができ、燃料電池の寿命を向上することが可能となる。

また、上記構成にあっては、前記運転制御手段は、リフレッシュ運転前の前記燃料電池の出力電圧からリフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電圧を推定し、推定したリフレッシュ運転後の出力電圧が前記出力電圧上限値を超えないと判断した場合に、前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を許可する態様が好ましい。

また、本発明に係る別の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の放電経路に接続された蓄電装置と、リフレッシュ運転を行うことにより前記燃料電池の電気的特性を向上させる運転手段と、前記蓄電装置の許容電力を考慮して前記燃料電池の電力上限値を設定する設定手段と、リフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電力が、設定された電力上限値を超えないように前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を制御する運転制御手段とを具備することを特徴とする。

ここで、上記構成にあっては、前記蓄電装置の充電状態を検知する検知手段をさらに備え、前記設定手段は、前記検知手段によって検知される前記蓄電装置の充電状態から前記蓄電装置の許容電力を把握し、把握した許容電力を考慮して前記燃料電池の電力上限値を設定する態様が好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、リフレッシュ運転を適切に制御することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
Ａ．本実施形態
図１は本実施形態に係る燃料電池システム１０を搭載した車両の概略構成である。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。

燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、燃料電池スタック２０を冷却するための冷却系６０と、システム全体を制御するコントローラ（ＥＣＵ）７０とを備えている。

燃料電池スタック２０は、複数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

燃料電池スタック２０には、燃料電池スタック２０の出力電圧を検出するための電圧センサ７１、及び発電電流を検出するための電流センサ７２が取り付けられている。

酸化ガス供給系３０は、燃料電池スタック２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路３４と、燃料電池スタック２０から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路３６とを有している。酸化ガス通路３４には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、燃料電池スタック２０のカソード極へ供給される酸化ガスを加湿するための加湿器３３と、酸化ガス供給量を調整するための絞り弁３５とが設けられている。酸化オフガス通路３６には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁３７と、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器３３とが設けられている。

燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池スタック２０のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路４５と、燃料電池スタック２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４５に帰還させるための循環通路４６と、循環通路４６内の燃料オフガスを燃料ガス通路４３に圧送する循環ポンプ４７と、循環通路４７に分岐接続される排気排水通路４８とを有している。

燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁４２を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４５に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータ４３やインジェクタ４４により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２０に供給される。

尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。

レギュレータ４３は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。

インジェクタ４４は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４４は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。

排気排水通路４８には、排気排水弁４９が配設されている。排気排水弁４９は、コントローラ７０からの指令によって作動することにより、循環通路４６内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁４９の開弁により、循環通路４６内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。

排気排水弁４９を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプ４７は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック２０に循環供給する。

電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、及び補機類５５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池スタック２０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１による電圧変換制御により、燃料電池スタック２０の運転動作点（出力電圧、出力電流）が制御される。

バッテリ（蓄電装置）５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。

トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ７０からの制御指令に従って、燃料電池スタック２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、車輪５６Ｌ、５６Ｒを駆動するためのモータ（例えば三相交流モータ）であり、燃料電池車両の動力源を構成する。

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。

冷却系６０は、燃料電池スタック２０内部を循環する冷媒を流すための冷媒通路６１、６２，６３，６４、冷媒を圧送するための循環ポンプ６５、冷媒と外気との間で熱交換するためのラジエータ６６、冷媒の循環経路を切り替えるための三方弁６７、及び冷媒温度を検出するための温度センサ７４を備えている。暖機運転が完了した後の通常運転時には燃料電池スタック２０から流出する冷媒が冷媒通路６１，６４を流れてラジエータ６６にて冷却された後、冷媒通路６３を流れて再び燃料電池スタック２０に流れ込むように三方弁６７が開閉制御される。一方、システム起動直後における暖機運転時には、燃料電池スタック２０から流出する冷媒が冷媒通路６１，６２，６３を流れて再び燃料電池スタック２０に流れ込むように三方弁６７が開閉制御される。

コントローラ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部（酸化ガス供給系３０、燃料ガス供給系４０、電力系５０、及び冷却系６０）を制御するための制御手段として機能する。例えば、コントローラ７０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基にシステム全体の要求電力を求める。

システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。

そして、コントローラ７０は、燃料電池スタック２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算するとともに、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力（要求電力）に一致するように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御する。更にコントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池スタック２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック２０の運転動作ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。コントローラ７０は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５３に出力し、トラクションモータ５４の出力トルク、及び回転数を制御する。

また、本実施形態では、コントローラ７０による制御のもと、所定のタイミングで低効率運転によるリフレッシュ運転を行う。ここで、低効率運転とは、通常運転に比してエアの供給量を絞る（例えば、エアストイキ比を１．０付近に設定する）ことにより、発電損失を高めて低い発電効率で運転することをいう。

このように、コントローラ（運転手段）７０は、電極の一部の過電圧を増加させてさらなる熱を発生させることで燃料電池の温度を上昇させ、電極触媒を還元させることで（すなわち、リフレッシュ運転を行うことで）、燃料電池スタック２０のＩＶ特性（電気的特性）を回復させることができるものの、かかるリフレッシュ運転を多頻度に実施すると、燃料電池のＩＶ特性が必要以上に向上してしまい、燃料電池の発電によって生じる余剰電力を２次電池で吸収できない等の問題が生じる（発明が解決しようとする課題の項参照）。かかる問題について図２を参照しながら説明する。

図２は、リフレッシュ運転前後における燃料電池スタック２０のＩＶ特性を示す図であり、リフレッシュ運転前のＩＶ特性を実線で示し、リフレッシュ運転後のＩＶ特性を一点鎖線で示す。なお、図２のＯＣ回避目標電圧Ｖａｒは、燃料電池スタック２０の上限電圧の閾値（例えば０．８５/セル程度）であり、製造出荷時などに予め設定される。

＜リフレッシュ運転前の状態＞
リフレッシュ運転前において、コントローラ７０は、燃料電池スタック２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定するとともに、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス及び燃料ガスの供給を制御する。さらに、コントローラ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池スタック２０の出力電圧を調整する。これにより、運転ポイント（出力電流、出力電圧）は、ＩＶ特性曲線Ｃ１上に位置する（図２に示す実線参照）。

＜リフレッシュ運転後の状態＞
一方、リフレッシュ運転が終了すると、燃料電池スタック２０のＩＶ特性は向上し、ＩＶ特性曲線は図２に実線で示すＩＶ特性曲線Ｃ１からＩＶ特性曲線Ｃ２にシフトする。このＩＶ特性曲線のシフトに伴い、コントローラ７０がリフレッシュ運転前後において同一の出力電流が得られるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御したとしても、得られる出力電圧は上昇する。これにより、例えばリフレッシュ運転前において、ＯＣ回避電圧Ｖａｒ以下に出力電圧が設定されていたにもかかわらず（図２に示す運転ポイント（Ｉ１，Ｖ１）参照）、リフレッシュ運転後には出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えてしまう（図２示す運転ポイント（Ｉ２，Ｖ２）参照）、といった問題が生ずる。

そこで、本実施形態では、コントローラ（運転制御手段）７０が、リフレッシュ運転後においても出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えないように、リフレッシュ運転の実行を制御する。具体的には、コントローラ（運転制御手段）７０は、リフレッシュ運転前の出力電圧からリフレッシュ運転後の出力電圧を推定し、推定したリフレッシュ運転後の出力電圧がＯＣ回避電圧（出力電圧上限値）Ｖａｒを超えないようにリフレッシュ運転の実行を制御する。例えば、リフレッシュ運転前であれば、コントローラ７０は、上記の如くリフレッシュ運転後の出力電圧を推定し、推定した出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えるか否かを判断する。そして、コントローラ（運転制御手段、運転手段）７０は、推定した出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えないと判断した場合には、リフレッシュ運転を実行する。

もちろん、リフレッシュ運転の実行を制御する方法は、この方法に限る趣旨ではなく、例えばコントローラ（運転制御手段）７０がリフレッシュ運転前の出力電圧とＯＣ回避電圧Ｖａｒとの差分ΔＶを求め、求めた差分ΔＶが閾値電圧以上である場合にのみ、リフレッシュ運転を行っても良い。なお、閾値電圧は予め実験などによって求めれば良い。

ここで、図３は、リフレッシュ運転前後における燃料電池スタック２０のＩＶ特性とＩＰ特性（出力電流・出力電力特性）との関係を例示した図であり、リフレッシュ運転前のＩＶ特性及びＩＰ特性を実線で示し、リフレッシュ運転後のＩＶ特性及びＩＰ特性を一点鎖線で示す。なお、図４に示す電力閾値Ｐａｒは、バッテリ５２の許容電力を考慮して設定される燃料電池スタック２０の出力電力の上限値を示す。また、図３に示すＯＣ回避目標電圧Ｖａｒは、図２と同様、燃料電池スタック２０の上限電圧の閾値を示す。

図３に示すように、リフレッシュ運転が行われることで、燃料電池スタック２０のＩＰ特性（電気的特性）も向上し、ＩＰ特性曲線はＩＰ特性曲線Ｃ３からＩＰ特性曲線Ｃ４にシフトする。ここで、リフレッシュ運転前後でのＯＣ回避目標電圧Ｖａｒを下回る運転ポイントを比較すると、リフレッシュ運転後の運転ポイント（Ｉ２,Ｖ２）での出力電力Ｐ０２は、リフレッシュ運転前の運転ポイント（Ｉ１,Ｖ１）での出力電力Ｐ０１よりも大きい。

ここで、バッテリ（蓄電装置）５２への過充電を防止するためには、燃料電池スタック２０の出力電力を電力閾値Ｐａｒ未満に抑える必要があるが、リフレッシュ運転によってＩＰ特性が向上すると、図３に示すように、リフレッシュ運転後の出力電力Ｐ０２が電力閾値Ｐａｒを越えてしまう場合が生じる。

そこで、本実施形態では、出力電力が電力閾値Ｐａｒを越えないように、コントローラ（運転制御手段）７０が燃料電池スタック２０のリフレッシュ運転を制御する。具体的には、コントローラ７０は、燃料電池スタック２０の出力電力が電力閾値Ｐａｒを越えないように、リフレッシュ運転の開始タイミングや停止タイミングを決定する。さらに、コントローラ７０は、リフレッシュ運転の前に、リフレッシュ運転が可能か否かを判断するべく、リフレッシュ運転後のＩＰ特性を推定し、推定したＩＰ特性から出力電力の推定値を求める。そして、コントローラ７０は、出力電力の推定値が電力閾値Ｐａｒ未満である場合には、リフレッシュ運転を行う一方、出力電力の推定値が電力閾値Ｐａｒ以上である場合には、リフレッシュ運転を禁止する。これにより、燃料電池スタック２０による出力電力が大きすぎるために、バッテリ５２で余剰電力を吸収できない（すなわち、バッテリ５２への過充電が行われる）という問題を未然に防止することができる。なお、コントローラ７０は、リフレッシュ運転が可能か否かを、例えば走行時間や走行距離、燃料電池の温度などに基づき、所定のタイミングで判断しても良い。

ここで、電力閾値Ｐａｒの設定方法について説明すると、周知のとおり、バッテリ５２の許容電力（すなわち、バッテリ５２が充電可能な電力量）は、システムの要求電力やバッテリ５２からの出力される電力などに応じて時々刻々と変化する。従って、本実施形態では、ＳＯＣセンサ（検知手段）５２ａによってバッテリ（蓄電装置）５２の充電状態を検知し、検知した結果に基づき電力閾値Ｐａｒを設定・更新する。詳述すると、コントローラ（設定手段）７０はＳＯＣセンサ５２ａによってバッテリ５２の充電状態を検知し、検知した結果に基づいて電力閾値（電力上限値）Ｐａｒを設定・更新する。別言すれば、コントローラ７０は、ＳＯＣセンサ５２によってバッテリ５２の充電状態（ＳＯＣ）を検知すると、該検知結果からバッテリ５２の許容電力を求める。そして、コントローラ（設定手段）７０は、当該システムから要求される電力を満たしつつも、余剰電力がバッテリ（蓄電装置）５２の許容電力に収まるように、電力閾値Ｐａｒを更新する。

以上説明したように、本実施形態によれば、コントローラ７０はリフレッシュ運転前の出力電圧からリフレッシュ運転後の出力電圧を推定し、推定したリフレッシュ運転後の出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えないようにリフレッシュ運転の実行を制御する。これにより、燃料電池スタック２０の出力電圧がＯＣ回避電圧Ｖａｒを超えた状態で運転されるのを未然に防止することができ、燃料電池スタック２０の寿命を向上することが可能となる。

さらに、コントローラ７０は、出力電力の推定値が電力閾値Ｐａｒ未満である場合には、リフレッシュ運転を行う一方、出力電力の推定値が電力閾値Ｐａｒ以上である場合には、リフレッシュ運転を禁止する。これにより、燃料電池スタック２０による出力電力が大きすぎるために、バッテリ５２で余剰電力を吸収できない（すなわち、バッテリ５２への過充電が行われる）という問題を未然に防止することができる。

Ｂ．変形例
（１）以上説明した実施形態では、リフレッシュ運転の運転条件について特に言及しなかったが、設定される電力閾値ＰａｒやＯＣ回避電圧Ｖａｒなどに応じてリフレッシュ運転の運転条件を変えても良い。具体的には、コントローラ７０が設定される電力閾値ＰａｒやＯＣ回避電圧Ｖａｒなどに応じて、リフレッシュ運転を行う時間間隔（例えば３０秒毎や４分毎など）やリフレッシュ運転時の燃料電池スタック２０の出力電圧（例えば０．３Ｖや０．６Ｖなど）の運転条件を変える。もちろん、リフレッシュ運転に関わるパラメータ（時間間隔や出力電圧など）をどのような条件に基づいて変更するかは、任意に設定可能である。

（２）上述した実施形態では、車両走行時にリフレッシュ運転を行う場合を例に説明したが、システム起動時や停止時、さらには間欠運転時にリフレッシュ運転を行う場合も同様に適用可能である。また、システム要求電力が所定値以下になったとき（例えばアイドル出力付近など）、リフレッシュ運転が可能か否かを判断しても良い。

（３）上述した実施形態では、被毒された電極触媒の活性を回復するために、リフレッシュ運転を行う場合について説明したが、例えば低温起動時に暖機運転を行う場合やシステム運転停止前に急速暖機を行う場合など、暖機運転が必要なあらゆる場合に適用可能である。

本実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。リフレッシュ運転前後における燃料電池スタックのＩＶ特性を示す図である。フレッシュ運転前後における燃料電池スタックのＩＶ特性とＩＰ特性との関係を示す図である。

符号の説明

１０・・・燃料電池システム、２０・・・燃料電池スタック、３０・・・酸化ガス供給系、４０・・・燃料ガス供給系、５０・・・電力系、６０・・・冷却系、７０・・・コントローラ。

Claims

燃料電池と、
リフレッシュ運転を行うことにより前記燃料電池の電気的特性を向上させる運転手段と、
リフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電圧が、設定された出力電圧上限値を超えないように前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を制御する運転制御手段とを具備し、
前記運転制御手段は、リフレッシュ運転前の前記燃料電池の出力電圧からリフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電圧を推定し、推定したリフレッシュ運転後の出力電圧が前記出力電圧上限値を超えた場合には、前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を禁止することを特徴とする燃料電池システム。
前記運転制御手段は、前記推定したリフレッシュ運転後の出力電圧が前記出力電圧上限値を超えないと判断した場合に、前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を許可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。
燃料電池と、
前記燃料電池の放電経路に接続された蓄電装置と、
リフレッシュ運転を行うことにより前記燃料電池の電気的特性を向上させる運転手段と、
前記蓄電装置の許容電力を考慮して前記燃料電池の電力上限値を設定する設定手段と、
リフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電力が、設定された電力上限値を超えないように前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を制御する運転制御手段と
を具備し、
前記運転制御手段は、リフレッシュ運転前の前記燃料電池の出力電力からリフレッシュ運転後の前記燃料電池の出力電力を推定し、推定したリフレッシュ運転後の出力電力が前記電力上限値を超えた場合には、前記運転手段によるリフレッシュ運転の実行を禁止するることを特徴とする燃料電池システム。
前記蓄電装置の充電状態を検知する検知手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記検知手段によって検知される前記蓄電装置の充電状態から前記蓄電装置の許容電力を把握し、把握した許容電力を考慮して前記燃料電池の電力上限値を設定することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。