JP5286663B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池は一般に、車両に搭載されるなど、外部負荷から要求される出力が頻繁に変動する状況で使用される場合がある。そのような使用状況においては、外部負荷からの出力要求が急激に増加する場合もあり、そうした場合には種々の問題が生じる。例えば、燃料電池の実際の出力電力値が、その要求された出力電力値に至るまでの時間（応答時間）に遅れが生じ、その間に出力電力が不足してしまう問題がある。そうした問題に対して、二次電池などの補助電源の出力によって補償する燃料電池システムが提案されている（特許文献１等）。

特開２００２−２７１９０９ 特開２００５−５７９２９ 特開２００２−８６９４ 特開２００４−３２７３１７

また、それ以外にも次のような問題もある。燃料電池を構成する電極層には通常、燃料電池反応を促進するための触媒が担持された触媒層が形成されている。しかし、触媒層の触媒は燃料電池を長期間使用すると溶出して減少してしまい、燃料電池の性能低下など燃料電池の劣化につながることが知られている。このような触媒の溶出は、燃料電池の電位が急激に低下したとき、即ち、上述のように燃料電池に対する出力要求が急激に増加したときに発生する傾向にあることを本発明の発明者は見出した。

このような触媒の溶出に限らず、外部負荷からの出力要求が急激に増加する場合には、燃料電池の劣化を引き起こすおそれがあった。しかし、こうした問題に対してこれまで十分な工夫がなされていなかったのが実情であった。

本発明は、燃料電池の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムであって、燃料電池と、補助電源と、外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第１の値から第２の値に増大したときに、（ｉ）前記第１の値と前記第２の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第１の値であったときの前記燃料電池に対する第１の指令値から、前記第２の値に相当する出力電力を出力させる第２の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、（ｉｉ）前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第２の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第１の指令値から前記第２の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、燃料電池システムに対して急激な出力増加要求がなされた場合でも、燃料電池の出力の急激な増加を抑制しつつ、要求された出力に対して不足する電力を補助電源によって補償できる。従って、外部負荷の急激な出力増加要求に対して燃料電池にかかる負荷が軽減し、燃料電池の劣化を抑制できる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムであって、燃料電池と、補助電源と、外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第１の値から第２の値に増大したときに、（ｉ）前記第１の値と前記第２の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合、または、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力以上である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第１の値であったときの前記燃料電池に対する第１の指令値から、前記第２の値に相当する出力電力を出力させる第２の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、（ｉｉ）前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第２の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第１の指令値から前記第２の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、燃料電池の出力が所定の閾値より高電位・低出力の低負荷状態から、所定の閾値より低電位・高出力の状態に急激に変化するような出力要求に対して、燃料電池の出力の変化を緩やかにすることができる。従って、燃料電池の劣化を抑制できる。

前記所定の閾値は、前記燃料電池の出力変化量に対する前記燃料電池を構成する電極層に担持された触媒の電解質膜への溶出量が規定量より少なくなるように設定されるものとしても良い。

この構成によれば、燃料電池システムに急激な出力増加要求がされた場合でも、燃料電池の触媒の溶出量が顕著となることを抑制できるような所定の閾値を設定することができ、触媒の溶出に伴う燃料電池の劣化を抑制できる。

前記制御部は、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力変化の指令値の変化を緩やかにするものとしても良い。

この構成によれば、燃料電池システムに対する出力要求の変化量が大きいほど、燃料電池の出力の変化が緩やかになる。従って、燃料電池の劣化をさらに低減することができる。

前記補助電源は、前記燃料電池で発電した電力の充電が可能であり、前記制御部は、前記出力要求において要求された出力を超えて発電された余剰電力を前記補助電源に充電するものとしても良い。

この構成によれば、前記補助電源への充電を余剰電力によって行いつつ、燃料電池システムを運転できる。

前記余剰電力は、前記出力抑制制御によって前記燃料電池の出力が前記出力要求において要求された出力に到達した後も、前記燃料電池が出力電力を増加する運転を継続することによって得られる電力を含むものとしても良い。

この構成によれば、補助電源が出力を行った後にすぐ充電が行われるため、高出力・低容量な補助電源（例えばキャパシタなど）を採用することができ、燃料電池システムは、より安定的な出力を行うことができる。

前記制御部は、前記出力抑制処理において前記燃料電池の出力を一定の比率で変化させるものとしても良い。

この構成によれば、燃料電池の出力電圧値または出力電力値を一定の比率で減少または増加するように制御を行うため、出力抑制制御を容易に行うことができる。なお、燃料電池の出力電力値を一定比率で上昇するように制御した場合には、単位時間あたりの燃料電池の出力電圧値の変化量が著しく大きくなる時間帯が存在する場合がある。従って、燃料電池の出力電圧値を一定比率で上昇させる方が、燃料電池の電極層に含まれる触媒の電解質膜への溶出量を抑制することができるため、好ましい。

前記燃料電池システムは、さらに、前記補助電源の充電残量を検出する充電残量検出部を備え、前記制御部は、前記出力抑制制御を実行するときに、前記補助電源の充電残量を検出し、前記出力補償制御において前記補助電源が出力する電力量が、前記充電残量を超えないように、前記出力抑制制御を行うものとしても良い。

この構成によれば、補助電源の充電残量が不足することを防ぐことができ、出力補償制御を安定して行うことができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

Ａ．システムの全体構成：
図１は本発明の一実施例として燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム１００は、制御部１０と、燃料電池スタックＦＣと、燃料電池スタックＦＣに接続する水素系統２０及び空気系統３０とを備えている。

燃料電池スタックＦＣは、燃料ガス（水素）と酸化ガス（空気）の供給を受けて、その電気化学反応によって発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタックＦＣは、発電モジュールである単セルを積層したスタック構造を有している。燃料電池スタックＦＣには、各単セルごとの電位を計測することができる電圧センサ４０が設けられている。

なお、各単セルは、電解質膜を電極層で挟持した膜電極接合体を有しており、各電極層には電気化学反応（燃料電池反応）を促進するための触媒が担持された触媒層が形成されている。触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）を採用することができる。

水素系統２０は、水素の燃料電池スタックＦＣに対する供給及び排出を担う。水素系統２０は、水素を貯蔵するための水素タンク２１と燃料電池スタックＦＣとを水素供給配管２２によって接続している。水素供給配管２２には、水素の圧力を調整するための圧力調整バルブ２３が設けられており、その下流には、水素の流量を計測するためのガスフローメータ２４が設けられている。

また、水素系統２０は、電気化学反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスを燃料電池スタックＦＣの外部へと排出するための水素排出配管２５を備えている。水素排出配管２５には、上流から順に、水素の圧力を計測するための圧力計２６と、水素排出バルブ２７とが設けられている。水素排出バルブはアノード排ガスの外部への排出を必要に応じて停止するための開閉弁である。なお、水素排出配管２５は、水素を燃料電池システム１００の外部に排出するものとしても良いし、その下流側が水素供給配管２２に接続することによって、水素を循環させるものとしても良い。

空気系統３０は、燃料電池スタックＦＣに対する空気の供給及び排出を担う。空気系統３０は、エアコンプレッサ３１と燃料電池スタックＦＣとを空気供給配管３２によって接続している。空気供給配管３２には、エアコンプレッサ３１から供給される圧縮空気の圧力を調整するための圧力調整バルブ３３が設けられており、その下流には、空気の流量を計測するためのガスフローメータ３４が設けられている。

また、空気系統３０は、電気化学反応に供されることのなかった酸素を含むカソード排ガスを燃料電池スタックＦＣの外部へと排出するための空気排出配管３５を備えている。空気排出配管３５には、カソード排ガスの圧力を計測するための圧力計３６が設けられている。なお、空気排出配管３５は、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部に排出するものとしても良いし、その下流側が空気供給配管３２に接続することによって、燃料電池スタックＦＣで発生した水分を含む排出空気を循環させるものとしても良い。

制御部１０は、外部からの燃料電池システム１００に対する出力要求を受け取る。例えば燃料電池システム１００が車両等の移動体に搭載されている場合には、アクセルペダル５０などを介して外部から出力要求がされる。その場合には、制御部１０はそのアクセル開度に応じた出力要求を算出する。

また、制御部１０は、上述の２つのガスフローメータ２４、３４と、２つの圧力計２６、３６と、電圧センサ４０などの各種センサからのシステムのステータス情報を受け取る。制御部１０は、これらのステータス情報を基に、外部からの出力要求に応じた出力（要求出力）が得られるように燃料電池システム１００の圧力調整バルブ２３、３３や水素排出バルブ２７の動作を制御する。また、制御部１０は、後述する燃料電池システム１００の電気的構成においてもシステム全体の制御を行う。

図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、２次電池６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０と、ＤＣ／ＡＣインバータ８０とを備えている。燃料電池スタックＦＣは、直流電源ラインＤＣＬを介してＤＣ／ＡＣインバータ８０に接続されている。２次電池６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０を介して直流電源ラインＤＣＬに接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ８０は、外部負荷であるモータＭＴに接続されている。

２次電池６０は、燃料電池スタックＦＣの補助電源として機能し、例えば充・放電可能なリチウムイオン電池で構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、２次電池６０の充・放電を制御する充放電制御部としての機能を有しており、制御部１０の指示によって直流電源ラインＤＣＬの電圧レベルを可変に調整する。燃料電池スタックＦＣの出力が不足するような場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、その不足分を補償するように２次電池６０に放電させる。なお、補助電源としては、２次電池６０のように充電可能なものではなく、放電のみ可能なものでも良いが、繰り返し使用を継続することができる充・放電可能なものが好ましい。例えば、２次電池６０の代わりに、キャパシタを用いても良い。

ＤＣ／ＡＣインバータ８０は、燃料電池スタックＦＣ及び２次電池６０から得られた直流電力を交流電力へと変換する。モータＭＴは三相モータなどで構成することができ、ＤＣ／ＡＣインバータ８０からの交流電力に応じて回転駆動力を発生する。モータＭＴは、外力によってそのロータが回転させられるときは発電機として働き、交流電力（回生電力）を発生する。そうした回生電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ８０で直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０を介して２次電池６０に充電される。

制御部１０は、図１で説明した電圧センサ４０から得た燃料電池スタックＦＣの出力電圧値と、２次電池６０の充電状態とから、要求出力に応じた出力電力（要求出力電力）を得るのに必要な出力電圧（要求出力電圧）を決定し、この要求出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ７０の出力電圧として設定する。なお、具体的な制御方法については、後述する実施例において説明する。さらに、制御部１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ８０によって交流電力の周波数を制御することによって、モータＭＴに必要なトルクを発生させる。

Ｂ．第１実施例：
図３は、本発明の第１実施例として、制御部１０が行う燃料電池システム１００の制御手順を示したフローチャートである。この制御手順は所定の微小単位時間ごとに周期的に実行される。ステップＳ１０では、制御部１０は、外部からの要求出力の指令を検出する。すると、制御部１０は、その要求出力指令を基に、燃料電池システム１００が出力すべき要求出力電力を演算する。ここで、要求出力指令と要求出力電力とは通常一致するように制御される。例えば、燃料電池システム１００が車両に搭載されて運転されているときには、車速とアクセル開度（アクセルペダルの踏込量）が要求出力指令として与えられ、これに応じて要求出力電力が決定される。この場合には、制御部１０内の図示しないメモリに、要求出力指令に応じた要求出力電力の値を示すマップが予め格納されていることが好ましい。

図４（Ａ）は、要求出力電力Ｗｒの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフは、時刻Ｔ₀において電力Ｗ₀から電力Ｗ₁までの要求出力電力Ｗｒの増加を検出したことを示している。以後、電力Ｗ₀を「要求前出力電力Ｗ₀」と呼び、電力Ｗ₁を「要求後出力電力Ｗ₁」と呼ぶ。また、要求出力電力の増加量である要求前出力電力Ｗ₀と要求後出力電力Ｗ₁との差を「要求増加量ΔＷｒ」と呼ぶ。

ステップＳ２０では、制御部１０は、ステップＳ１０で検出した要求前出力電力Ｗ₀と要求後出力電力Ｗ₁とから、燃料電池スタックＦＣの触媒に対する負荷の大きさを判定する。ここで「触媒に対する負荷」とは、触媒を触媒層から溶出しやすい不安定な状態に導く要因のことを言う。以下にさらに詳しく説明する。

電極層に担持されている触媒は、燃料電池の使用時に触媒層から溶出して減少することが知られている。その溶出量が過度になると燃料電池の発電性能が低下し、燃料電池自体の劣化原因にもなっている。この触媒の溶出は、カソード電極層の表面に生成された水酸基（ＯＨ基）とともに触媒が電解質膜へと移動することが発生原因の一つとして考えられる。このような触媒の溶出は、特に燃料電池の電位が高いときに見られ、また、その高電位の状態から急激に（短時間で）電位を低下させた際に顕著となる。具体的には、例えば触媒として白金を採用している場合には、単セルあたりの電圧値が約１Ｖないし約１．２Ｖのときに白金は溶出しやすい不安定な状態となり、単セルあたりの電位が短時間（例えば１秒程度）で約０．５Ｖに低下したときにさらに不安定な状態となる。

従って、本明細書において「触媒に対する負荷」とは、燃料電池の電位、または、燃料電池の出力の変化を意味し、「触媒に対する負荷の大きさ」とは、燃料電池の電位の値の大きさや、燃料電池の電位の単位時間あたりの変化量の大きさを意味する。即ち、図３のステップＳ２０の判定では、要求前出力電力Ｗ₀のときの燃料電池の電圧値である要求前出力電圧Ｖ₀と、要求後出力電力Ｗ₁のときの燃料電池の電圧値である要求後出力電圧Ｖ₁とを求め、触媒に対する負荷の大きさを判定する。

図５は、燃料電池スタックＦＣの電力Ｗと電圧Ｖと電流Ｉの三者の関係を示すグラフである。一般的に燃料電池では、電流の増加に伴って電圧は低下するが（Ｖ−Ｉ特性）、電力は増大する（Ｗ−Ｉ特性）。このような関係を利用して、要求前出力電圧Ｖ₀と要求後出力電圧Ｖ₁とを求めることができる。

図３のステップＳ２０では、次の２つの判定条件の両方が成立したときに、触媒に対する負荷が大きいと判定される。
要求前出力電圧Ｖ₀≧Ｖｔｈ…（１）
電圧差ΔＶｒ≧ΔＶｔｈ…（２）
ここで、Ｖｔｈは、所定の電圧閾値である。「電圧差ΔＶｒ」は、要求前出力電圧Ｖ₀と要求後出力電圧Ｖ₁の差の絶対値｜Ｖ₁−Ｖ₀｜であり、ΔＶｔｈは、所定の閾値である。

所定の閾値Ｖｔｈ、ΔＶｔｈは、実験等で得られる電圧値の変化量と触媒の溶出量との関係から、触媒の溶出量が目標とする規定量より少なくなるような閾値として予め決定された値であることが好ましく、燃料電池の構成材料によって決定される値であるとしても良い。例えば、白金触媒を用いた固体高分子型燃料電池では、単セルあたりの値として、Ｖｔｈ＝約１．０Ｖ、ΔＶｔｈ＝約０．５Ｖに設定することができる。

なお、上記判定条件（１）、（２）は、判定の基準として燃料電池の電圧値を用いているが、燃料電池の電力値によって判定を行うものとしても良い。ただし、上述したとおり、触媒の溶出量は電圧値及びその変化量の影響を受けるため、電圧値を基準とする方が好ましい。なお、本明細書中において「燃料電池の出力」と呼ぶときは、燃料電池の出力電圧と出力電力の両方、又はいずれか一方を意味するものとして使用する。従って、例えば、「燃料電池の出力が小さい」というときは、燃料電池の電圧値が高いこと、及び／又は、燃料電池の出力電力値が低いことを意味する。

上記判定条件（１）または判定条件（２）のいずれかを満たさないときには、制御部１０は触媒に対する負荷は小さいと判定する。なお、このステップＳ２０では判定条件（１）は用いず、判定条件（２）のみを用いて、触媒に対する負荷の判定を行うものとしても良い。

ステップＳ２０において触媒に対する負荷が大きいと判定されたときには、制御部１０は「ＦＣ出力抑制処理」を開始する。図４（Ｂ）は、ＦＣ出力抑制処理が行われている場合の燃料電池スタックＦＣの出力電力の時間変化を示すグラフである。このグラフでは、燃料電池スタックＦＣの実際の出力電力Ｗｆの変化を実線で示している。また、時刻Ｔ₀及び出力電力Ｗ₀、Ｗ₁は、図４（Ａ）のグラフに示された値と同じである。

なお、比較のために図４（Ｂ）のグラフ上に、ＦＣ出力抑制処理が行われず、ＦＣ通常出力制御が行われた場合の燃料電池スタックＦＣの出力電力Ｗｆａの変化を太鎖線で示す。グラフに示されるように、ＦＣ出力抑制処理が行われなかった場合には、燃料電池スタックＦＣの出力電力Ｗｆａが要求後出力電力Ｗ₁に到達するのは時刻Ｔ₀から時間Ｔｗだけ経過した時刻Ｔ₁となる。このように、外部からの出力要求がなされたとき（時刻Ｔ₀）から燃料電池スタックＦＣが要求後出力電力Ｗ₁を実際に出力するまでにかかる時間を「応答時間Ｔｗ」と呼ぶ。燃料電池が外部の要求に応じて出力を行うときには通常、この応答時間Ｔｗが生じている。この応答時間Ｔｗは微小な時間ではあるが、触媒に対する負荷が大きいと判定されるような急激な出力増加要求がなされたときには顕著となる。

まず、ＦＣ出力抑制処理として制御部１０は、その処理を行う処理時間Ｔｆ（時刻Ｔ₀〜Ｔ₂）を決定する（ステップＳ３０）。処理時間Ｔｆは、要求増加量ΔＷｒに応じて長くなるように設定されることが好ましい。例えば、処理時間Ｔｆとしては、次に示す数式（３）を満たす時間を設定することができる。
Ｔｆ＝α×ΔＷｒ＋β…（３）（α、βは負でない定数）
この数式（３）によれば、処理時間Ｔｆは、要求増加量ΔＷｒに比例して長くなるように設定される。なお、数式（３）の定数α、βは、処理時間Ｔｆが燃料電池の応答時間Ｔｗより長くなるように決められることが望ましい。この理由については後述する。

次に制御部１０は、要求増加量ΔＷｒを処理時間Ｔｆで除することによって出力増加率Ｉｗを求める。その後、制御部１０は、出力増加率Ｉｗで出力電力Ｗｆが上昇していくように制御を行う（ステップＳ４０）。従って、燃料電池スタックＦＣの出力電力Ｗｆは時刻Ｔ₂において要求後出力電力Ｗ₁に到達する。以後このステップＳ４０の制御を「ＦＣ出力抑制制御」と呼ぶ。なお、「ＦＣ出力抑制処理」と言うときは、ステップＳ３０の処理とこのステップＳ４０のＦＣ出力抑制制御とを含んだ一連の処理を指す。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、ＦＣ出力抑制制御をさらに具体的に説明するための説明図である。図６（Ａ）は、ＦＣ出力抑制処理が行われている燃料電池スタックＦＣの出力電力の時間変化を示すグラフであり、処理時間Ｔｆが微小時間で等間隔に区切られている点以外は図４（Ｂ）とほぼ同じである。図６（Ｂ）は、燃料電池スタックＦＣの出力電圧Ｖｆの時間変化を示すグラフでり、その時間軸は、図６（Ａ）の時間軸と対応している。

制御部１０は、ＦＣ出力抑制処理において処理時間Ｔｆと出力増加率Ｉｗとを決定した後に、処理時間Ｔｆを図６（Ａ）で示すように時刻ｔ₁〜ｔ₉で微小な間隔に分割する。なお、この分割単位及び分割数は任意である。制御部１０は、出力増加率Ｉｗから、時刻ｔ₁〜ｔ₉において燃料電池スタックＦＣが出力すべき出力電力ｗ₁〜ｗ₉を求めることができ、図６（Ｂ）に示す時刻ｔ₁〜ｔ₉における燃料電池スタックＦＣの出力電圧ｖ₁〜ｖ₉を求めることができる。制御部１０は、ＦＣ出力抑制処理が行われている間は、微小な間隔の時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに燃料電池スタックＦＣが出力電力ｗ₁〜ｗ₉を出力するように燃料電池システム１００のバルブ２３、２７、３３（図１）を調整する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに燃料電池スタックＦＣの出力電圧がｖ₁〜ｖ₉の値となるように直流電源ラインＤＣＬの電圧レベルを調整する。このような制御を行うことによって、ＦＣ出力抑制処理を実現することができる。

なお、上述したように処理時間Ｔｆは、要求増加量ΔＷｒに応じて長くなるように設定した。従って、上記ＦＣ出力抑制制御では、出力要求の変化量である要求増加量ΔＷｒが大きいほど、単位時間あたりの燃料電池の出力増加量（出力増加率Ｉｗ）が抑制され、燃料電池の出力変化が緩やかとなる。

ここで図４（Ａ）、（Ｂ）に戻る。図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較すると、ＦＣ出力抑制処理が行われている処理時間Ｔｆの間は、要求出力に対して燃料電池スタックＦＣの出力電力Ｗｆが不足していることが解る。図４（Ｂ）において時刻ｔにおける不足する出力電力を不足電力Ｗｎｅとして示している。制御部１０は、この不足電力Ｗｎｅを２次電池６０（図２）によって補償するように制御する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０が、２次電池６０に不足電力Ｗｎｅを出力させるように直流電源ラインＤＣＬの電圧レベルを維持する。

図４（Ｃ）は、２次電池６０の出力電力の時間変化を示すグラフである。このグラフでは、任意の時刻ｔにおける２次電池の出力電力を出力電力Ｗｂとして実線で示している。また、グラフに示された時刻Ｔ₀、Ｔ_1、Ｔ₂及び出力電力Ｗ₀、Ｗ₁は、図４（Ｂ）のグラフに示された値と同じである。即ち、任意の時刻ｔにおける２次電池の出力電力Ｗｂは、同時刻ｔにおける図４（Ｂ）に示した不足電力Ｗｎｅと一致する。従って、ＦＣ出力抑制処理によって、燃料電池スタックＦＣの出力が抑制されたとしても、燃料電池システム１００全体で見たときに要求出力電力Ｗ₁を得ることができる。

図３のステップＳ２０において、触媒に対する負荷が小さいと判定された場合には、制御部１０は、「ＦＣ通常出力制御」を行う（ステップＳ３５）。即ち、制御部１０は、燃料電池スタックＦＣが直ちに要求後出力電力Ｗ₁を出力するように制御を行う。なお、図４（Ｂ）で説明した応答時間Ｔｗはこの場合にも生じており、応答時間Ｔｗにおける出力電力の不足分を２次電池６０が補償している。しかし、この場合は、増加量ΔＷｒが少ないので応答時間Ｔｗも微小な時間となり、２次電池６０に対する負荷はＦＣ出力抑制制御を行った場合の応答時間Ｔｗの間の負荷より小さい。

なお、制御部１０が前述の判定条件（１）を用いて判定を実行する処理は、出力要求の変化を検出したときに、出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、出力要求の変化量が大きいほど、燃料電池スタックＦＣへの出力の指令値を緩やかに変化させて燃料電池スタックＦＣが要求後出力電力Ｗ ₁ を実際に出力するまでにかかる時間を長くしていると考えることも可能である。ここで、「燃料電池スタックＦＣへの出力の指令値」とは、図６の微小な間隔の時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに燃料電池スタックＦＣに設定された出力電力ｗ₁〜ｗ₉に相当する。さらに、制御部１０は、ＦＣ出力抑制制御とともに、燃料電池の出力が出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行い、燃料電池システム１００はシステム全体として、要求された出力を実現する。

また、制御部１０が判定条件（１）、（２）の両方を用いて判定を実行する処理は、出力要求の変化を検出したときに、出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、出力要求の変化を検出したときにおける燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、上記出力抑制制御及び出力補償制御を行うものと考えることが可能である。この場合には、出力要求が変化したときの燃料電池スタックＦＣの出力状態が判断条件として加味されるため、燃料電池スタックＦＣの劣化につながるような出力要求の変化をさらに特定することができる。

ところで、ステップＳ３０において処理時間Ｔｆを応答時間Ｔｗより長くなるように決定した。この理由は以下のためである。燃料電池への出力要求がステップ状に変化した場合に、燃料電池がその出力変化の指令を受け取った瞬間から、燃料電池がその要求された全変化量のうちの所定の割合（例えば９０％）の変化量を出力するまでに要する時間を「燃料電池の応答遅れ時間」と呼ぶ。燃料電池の応答遅れ時間は、燃料電池反応に必要な量のプロトンが電解質膜を経てカソード側に到達するのに要する移動時間によって発生する。上述した応答時間Ｔｗは、この燃料電池の応答遅れ時間によって生じる時間である。

従って、応答時間Ｔｗの間はカソード電極層はプロトンが不足して、触媒の溶出の要因となるＯＨ基が多量に発生している状態となる。また、既に述べたように、出力増加要求がなされて燃料電池の電圧が降下した場合に特に触媒は不安定な状態となる。従って、この応答時間Ｔｗの間に触媒の溶出量は増加する。そこで上述したように、ＦＣ出力抑制処理の処理時間Ｔｆを応答時間Ｔｗ（または燃料電池の応答遅れ時間）より長くすることによって燃料電池スタックＦＣの電位の低下を緩やかにすると、プロトンの移動時間を確保することができる。そのため、触媒の溶出の要因となるＯＨ基に対してプロトンが充分に供給され、触媒の溶出量も低減される。従って、燃料電池の性能低下や劣化の可能性が低減される。また、従来は触媒の溶出を考慮して触媒を必要な量より多く余分に担持していたが、本実施例の構成によればその余分に担持する量を低減できるため、燃料電池のコストダウンも期待できる。

なお、処理時間Ｔｆの決定にあたり、数式（３）の定数αを、次に示す数式（４）によって求められる値を用いるものとしても良い。
α＝（Ｃ／４）×（ｄ²／６Ｄ）…（４）
ここで、Ｃは定数であり、ｄは燃料電池の電解質膜の膜圧であり、Ｄは膜中のプロトンの拡散係数を示す。この数式（４）は、拡散方程式によって得られるプロトンの移動時間を考慮したものであり、実験的に得られるものである。この数式（４）によって求めた定数αを用いれば、処理時間Ｔｆは、応答時間Ｔｗより長く、プロトンの移動時間を考慮した時間として得ることができる。また、定数βは０に設定しても良い。

ところで、本実施例では、時刻Ｔ₀において出力電力を要求前出力電力Ｗ₀から要求後出力電力Ｗ₁へと増加する要求がなされ、２つの電力Ｗ₀、Ｗ₁に対する電圧値Ｖ₀、Ｖ₁とを比較して触媒に対する負荷の判定が行われる場合を説明した。しかし、実際には、出力増加要求はこのように段階的に行われるのではなく連続的に行われる。そこで、本実施例の燃料電池システム１００では、制御部１０は、微小な時間（例えば、数μ秒程度の無視できる程の時間）ごとに、要求前出力電力Ｗ₀と要求後出力電力Ｗ₁とを検出して触媒に対する負荷の判定を繰り返す。

さらに、上記実施例において、制御部１０は、触媒に対する負荷の判定を行い（ステップＳ２０）、負荷が大きい場合にはＦＣ出力抑制処理を行っていたが、触媒に対する負荷の判定は行わず、常にＦＣ出力抑制処理を行うものとしても良い。ただし、ＦＣ出力抑制処理を行っている間は補助電源の負荷が大きいため、上記実施例のように必要に応じてＦＣ出力抑制処理を行う方が補助電源に対する負荷を低減できる。

Ｃ．第２実施例：
図７は、本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの電気的構成を示すブロック図である。図７は、２次電池６０の替わりに補助電源としてキャパシタ６５を採用している点以外は、図２と同じである。キャパシタ６５としては電気２重層キャパシタを採用することができるが、他の充・放電可能な補助電源で構成しても良い。なお、他の燃料電池システム１００Ａのシステム構成は図１の燃料電池システム１００と同じである。

図８は、燃料電池システム１００Ａに対して外部からの出力増加要求がなされた場合に制御部１０が行う処理手順を示すフローチャートである。図８は、ステップＳ３２とステップＳ５０が追加されている点以外は図３と同じである。以下に、追加された処理についての説明をする。

図９（Ａ）は、ステップＳ１０で検出された燃料電池システム１００Ａに対する外部からの出力要求の時間変化を示しており、第１実施例の図４（Ａ）と同じである。従って、この場合も触媒に対する負荷が大きいと判定され（ステップＳ２０）、第１実施例と同様にＦＣ出力抑制処理が行われる（ステップＳ３０、Ｓ４０）。なお、本実施例では、不足電力の補償はキャパシタ６５によって行われる。

図９（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、ＦＣ出力抑制処理及び後述するステップＳ３２におけるＦＣ余剰出力制御を行った場合の燃料電池スタックＦＣとキャパシタ６５の出力電力の時間変化を示すグラフである。なお、この２つのグラフに示された、燃料電池スタックＦＣの出力電力が要求後出力電力Ｗ₁に到達する時刻Ｔ₂までの出力電力の変化は、ＦＣ出力抑制処理の処理時間Ｔｆを短く示している点以外は第１実施例の図４（Ｂ）、（Ｃ）とほぼ同じである。

図９（Ｂ）のグラフが示すように、燃料電池スタックＦＣは、ＦＣ出力抑制処理を行い要求後出力電力Ｗ₁に到達した時刻Ｔ₂以降も、出力電力を増加する処理を継続して、要求後出力電力Ｗ₁以上の余分な電力を出力する。以後、この時刻Ｔ₂〜Ｔ₄において行われる制御を「ＦＣ余剰出力制御」と呼び、この余分な出力電力を「余剰出力電力」と呼ぶ。図９（Ｂ）のグラフにおいてハッチングが付された領域は余剰出力電力量Ｗｆｓを示している。

図９（Ｃ）のグラフの時刻Ｔ₂以降において、キャパシタ６５の出力電力Ｗｂは負の値を示しているが、これはキャパシタ６５が充電されていることを示している。即ち、ＦＣ余剰出力制御において燃料電池スタックＦＣが出力した余剰出力電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０によってキャパシタ６５に充電される。図９（Ｃ）の時刻Ｔ₂〜Ｔ₄におけるハッチングが付された領域は、キャパシタ６５に充電された充電電力量Ｗｂｃを示している。充電電力量Ｗｂｃと余剰出力電力量Ｗｆｓとは一致する。

図９（Ｃ）のグラフにおいて、時刻Ｔ₀〜Ｔ₂の間のハッチングが付された領域はＦＣ出力抑制処理においてキャパシタ６５が出力した補償電力量Ｗｂｓを示している。この補償電力量Ｗｂｓと上記の充電電力量Ｗｂｃ（余剰出力電力量Ｗｆｓ）とは等しくなることが好ましい。この場合、補償電力量Ｗｂｓを示すハッチング領域と、余剰出力電力量Ｗｆｓを示すハッチング領域とは面積が等しくなることが解る。このことから、ＦＣ余剰出力制御は以下のように制御することよって実現することができる。

ステップＳ３２において制御部１０は、時間Ｔｆ２を以下の数式（５）より得る。
Ｔｆ２＝Ｔｆ×２^-2…（５）

制御部１０は、時刻Ｔ₂〜Ｔ₃における時間Ｔｆ２の間は、ＦＣ出力抑制処理と同様の増加率Ｉｗで燃料電池スタックＦＣの出力電力を増加させていく。時刻Ｔ₃からは再び時間Ｔｆ２の間だけ、制御部１０は、出力増加率Ｉｗの負数を出力降下率として出力電力を減少させていく。ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、時刻Ｔ₂以降はキャパシタ６５が充電を行うように、直流電源ラインＤＣＬの電圧レベルを維持する。時刻Ｔ₄以降は、燃料電池スタックＦＣは要求後出力電力Ｗ₁での出力を行う。

なお、ＦＣ余剰出力制御における出力電力の増加の際には、それ以前の増加率Ｉｗと異なる増加率を用いても良い。また、その出力電力の増加／減少を行う処理時間Ｔｆ２もＦＣ出力抑制処理の処理時間Ｔｆとは関係なく設定されるものとしても良く、時刻Ｔ₂〜Ｔ₃の間の時間間隔と、時刻Ｔ₃〜Ｔ₄の時間間隔とは同じでなくとも良い。ただし、本実施例のように制御することによって、触媒に対する負荷が小さい出力増加率Ｉｗで余剰出力電力を得ることができ、また、容易にキャパシタ６５が出力した補償電力量と同じ充電電力量を得る制御を行うことができる。

このように、ＦＣ出力抑制処理に加えてＦＣ余剰出力制御を行うことによって、補助電源が出力した補償電力は直ちに燃料電池スタックＦＣによって充電されるため、第１実施例のようにＦＣ余剰出力制御を行わない場合に較べ低容量の補助電源を採用できる。従って、本実施例では補助電源として第１実施例の２次電池６０に替えてキャパシタ６５を採用している。このようにキャパシタ６５を補助電源とすれば、瞬間的に取り出せる電力量は２次電池６０よりも大きくすることができ、燃料電池システム全体として、より安定した電力を出力することが可能となる。また、２次電池６０より小型なキャパシタ６５を採用しているためシステムが小型化し、車両などの限られた空間内に搭載する場合に有利である。従って、本実施例の燃料電池システム１００Ａは、車両などの移動体に搭載される場合には、その車両の加速性能やドライバビリティの向上が期待できる。

Ｄ．第３実施例：
本実施例は、第１実施例のＦＣ出力抑制制御（図３のステップＳ４０）の制御方法以外は、システム構成および処理手順は第１実施例と同じである。従って、その相違点のみを以下に説明する。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施例におけるＦＣ出力抑制制御を具体的に説明するためのグラフである。第１実施例では、処理時間Ｔｆと要求増加量ΔＷｒとから出力増加率Ｉｗを求め、その出力増加率Ｉｗに従って増加させた処理時間Ｔｆを微小間隔で分割した時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに燃料電池スタックＦＣが出力すべき出力電力ｗ₁〜ｗ₉を決定し出力させていた（図６）。

本実施例では制御部１０は、図１０（Ａ）のグラフに示すように、燃料電池スタックＦＣの出力電圧Ｖｆが、処理時間Ｔｆの間に出力電圧が電圧Ｖ₀から電圧Ｖ₁まで一定比率で降下するよう制御する。すると、出力電圧の降下に応じて、燃料電池スタックＦＣの出力電力Ｗｆは図１０（Ｂ）に示すように曲線的に増加する。具体的には制御部１０は以下のように制御を行う。

制御部１０は、要求前出力電圧Ｖ₀と要求後出力電圧Ｖ₁との差を処理時間Ｔｆで除算して出力電圧の降下率Ｆｖを求める。制御部１０は、その降下率Ｆｖに従って出力電圧を低下させた場合の時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとの出力電圧値ｖ₁〜ｖ₉を求め、時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに、その電圧値ｖ₁〜ｖ₉で燃料電池スタックＦＣが出力するよう燃料電池システム１００を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、時刻ｔ₁〜ｔ₉ごとに燃料電池スタックＦＣの出力電圧がｖ₁〜ｖ₉の値となるように直流電源ラインＤＣＬの電圧レベルを維持する。

また、システム構成および処理手順を第２実施例と同様とし、ＦＣ出力抑制制御を本実施例のように行うこともできる。この場合の出力電圧Ｖｆの時間変化を図１１（Ａ）に示し、出力電力Ｗｆの時間変化を図１１（Ｂ）に示す。なお、このグラフではＦＣ出力抑制制御（処理時間Ｔｆ）を行った後にＦＣ余剰出力制御として、時間Ｔｆ２の間（時刻Ｔ₂〜Ｔ₃）は、ＦＣ出力抑制処理と同様の出力電圧降下率Ｆｖで出力電圧を降下させ、その後の時間Ｔｆ３の間（時刻Ｔ₃〜Ｔ₄）は出力電力が一定の比率で上昇するように制御している。なお、時間Ｔｆ２、Ｔｆ３は補助電源が出力した補償電力量を充電できるような時間を設定することが望ましい。

第１実施例において説明したように、触媒は、燃料電池の電位が高電位から低電位に降下したときに特に不安定な状態となり、溶出する可能性が高くなる。第１実施例および第２実施例の場合には図６（Ｂ）のグラフからも理解できるように、ＦＣ出力抑制処理の開始直後に電位の低下が著しい時間帯が存在する。従って、本実施例の方が第１実施例および第２実施例よりも触媒の溶出の可能性を低減できる。

Ｅ．第４実施例：
図１２は、本発明の第４実施例として、制御部１０が行う燃料電池システム１００の制御手順を示したフローチャートである。図１２は、ステップＳ２５の処理が追加されている点以外は第１実施例の図３と同じである。なお、本実施例の燃料電池システムは、図１及び図２で説明した第１実施例のシステム構成と同じである。第１実施例との相違点を以下に説明する。

本実施例では、ステップＳ２０の触媒に対する負荷の判定を行った後に、ステップＳ２５として２次電池６０の充電状態（ＳＯＣ）、即ち、２次電池６０の充電電力の残量（以後、「電力残量Ｐ」と呼ぶ）を検出する。なお、２次電池６０には、この充電状態の検出を行うための電力残量Ｐを監視するユニットが設けられているものとしても良い。あるいは、制御部１０が、それまでの２次電池６０の出力電力量から計算した電力残量Ｐを図示しないメモリ上に格納しているものとしても良い。

本実施例では、ステップＳ３０における処理時間Ｔｆの決定にあたり、ステップＳ２５で得た電力残量Ｐも考慮する。即ち、制御部１０は、制御部１０の図示しないメモリに、電力残量Ｐに応じて処理時間Ｔｆが決定できるマップが格納されており、それによって処理時間Ｔｆを決定する。この場合の処理時間Ｔｆとしては、処理時間Ｔｆの間にＦＣ出力抑制処理において２次電池６０が出力する補償電力量が、電力残量Ｐを上まわらないような値となることが望ましい。このような構成とすることによって、ＦＣ出力抑制処理において２次電池６０の電力が不足することを防ぐことができる。

Ｆ．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。

Ｆ１．変形例１：
上記実施例において、燃料電池スタックＦＣとして固体高分子型の燃料電池を採用していたが他の燃料電池であっても良い。例えば、水素分離膜を備えた水素分離膜電池であっても良い。また、燃料電池システム１００、１００Ａには水素タンク２１が備えられていたが、他の水素貯蔵装置でもよく、例えば、改質機が備えられていても良い。

Ｆ２．変形例２：
上記実施例においてＦＣ出力抑制制御では、出力電力または出力電圧を単位時間当たりに一定比率で変化させていたが、一定比率で変化させなくともよく、例えば、出力電力または出力電圧は、予め準備されたマップに応じて制御されるものとしても良い。

Ｆ３．変形例３：
上記実施例において、ステップＳ２０において触媒に対する負荷の大きさを判定していたが、触媒に対する負荷を基準とした判定基準でなくとも良く、例えば、燃料電池の電解質膜の劣化につながるような急激な出力変化の要求であるか否かを判定する基準であるとしても良い。

Ｆ５．変形例５：
上記実施例において、ＦＣ通常出力制御として、燃料電池システム１００に対して出力要求がされた後に、直ちに要求後出力電力Ｗ₁を出力するように指令値を設定する制御を行っていたが、そのような制御でなくとも良い。即ち、燃料電池システム１００に出力要求がなされた後から、要求後出力電力Ｗ１が指令値として設定されるまでに若干の遅延時間（例えば１秒以下の遅延時間）が生じていても良い。ただし、その場合であっても、ＦＣ抑制出力処理における処理時間Ｔｆは、その遅延時間よりも長く設定されることが好ましい。

Ｆ６．変形例６：
上記実施例において、ＦＣ出力抑制処理とＦＣ通常出力制御処理のいずれを実行するかの判断方法としては、上記実施例で用いたもの以外の方法を採用することも可能である。例えば、外部負荷から燃料電池システムに対して出力を増加する要求がされたときに、要求がされた要求時における燃料電池の出力である要求前出力と、要求によって要求された出力である要求後出力との差の絶対値である出力変化量を所定の閾値と比較し、出力変化量が所定の閾値より小さいことを含む第１の条件に合致する場合には、直ちに燃料電池が要求後出力を出力するように制御する通常制御を行うようにしても良い。また、出力変化量が所定の閾値より大きいことを含む第２の条件に合致する場合には、燃料電池が要求時から要求後出力を出力するまでに要する燃料電池出力到達時間が、通常制御を行った場合の燃料電池出力到達時間より長くなるように出力抑制制御を行うとともに、燃料電池の出力が要求後出力に対して不足する出力を補助電源に補償させる出力補償制御を行うようにしても良い。

なお、第１の条件については判定を行わず、第２の条件に合致する場合についてのみ、出力抑制制御を行うとともに、出力補償制御を行うものとしても良い。また、第１及び第２の条件のいずれにも合致しない場合には、出力抑制制御とともに出力補償制御を行なわないものとしても良いし、行うものとしても良い。あるいは、他の制御方法によって制御するものとしても良い。

燃料電池システムの構成を示す概略図。 燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図。 第１実施例における燃料電池システムの制御手順を示すフローチャート。 第１実施例における燃料電池システムの出力制御を説明するためのグラフ。 燃料電池の出力電力と出力電圧及び出力電流との関係を示すグラフ。 第１実施例のＦＣ出力抑制処理を説明するためのグラフ。 第２実施例における燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図。 第２実施例における燃料電池システムの制御手順を示すフローチャート。 第２実施例における燃料電池システムの出力制御を説明するためのグラフ。 第３実施例のＦＣ出力抑制処理を説明するためのグラフ。 第３実施例における燃料電池システムの出力制御を説明するためのグラフ。 第４実施例における燃料電池システムの制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…制御部
２０…水素系統
２１…水素タンク
２２…水素供給配管
２３…圧力調整バルブ
２４…ガスフローメータ
２５…水素排出配管
２６…圧力計
２７…水素排出バルブ
３０…空気系統
３１…エアコンプレッサ
３２…空気供給配管
３３…圧力調整バルブ
３４…ガスフローメータ
３５…空気排出配管
３６…圧力計
４０…電圧センサ
５０…アクセルペダル
６０…２次電池
６５…キャパシタ
７０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
８０…ＤＣ／ＡＣインバータ
１００、１００Ａ…燃料電池システム
ＤＣＬ…直流電源ライン
ＦＣ…燃料電池
Ｆｖ…出力電圧降下率
Ｉｗ…出力増加率
ＭＴ…モータ
Ｔｄ…遅延時間
Ｔｆ、Ｔｆ２、Ｔｆ３…処理時間
Ｔｉ…増加要求時間
Ｔｗ…燃料電池の応答時間
Ｖｆ…燃料電池の出力電圧
ΔＶｒ…電圧差
Ｗｂ…補助電源の出力電力
Ｗｂｓ…補償出力電力量
Ｗｂｃ…充電電力量
Ｗｆ、Ｗｆａ…出力電力
Ｗｆｓ…余剰出力電力量
Ｗｎｅ…不足電力
ΔＷｒ…要求増加量

Claims (7)

1. 燃料電池システムであって、
   電極に触媒が配置されている燃料電池と、
   補助電源と、
   外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第１の値から第２の値に増大したときに、
   （ｉ）前記第１の値と前記第２の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第１の値であったときの前記燃料電池に対する第１の指令値から、前記第２の値に相当する出力電力を出力させる第２の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
   （ｉｉ）前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第２の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第１の指令値から前記第２の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、
   前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、
   前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、燃料電池システム。
2. 燃料電池システムであって、
   電極に触媒が配置されている燃料電池と、
   補助電源と、
   外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第１の値から第２の値に増大したときに、
   （ｉ）前記第１の値と前記第２の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合、または、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力以上である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第１の値であったときの前記燃料電池に対する第１の指令値から、前記第２の値に相当する出力電力を出力させる第２の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
   （ｉｉ）前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第２の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第１の指令値から前記第２の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、
   前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、
   前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記補助電源は、前記燃料電池で発電した電力の充電が可能であり、
   前記制御部は、前記出力要求において要求された出力を超えて発電された余剰電力を前記補助電源に充電する、燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記余剰電力は、前記出力抑制制御によって前記燃料電池の出力が前記出力要求において要求された出力に到達した後も、前記燃料電池が出力電力を増加する運転を継続することによって得られる電力を含む、燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記出力抑制処理において前記燃料電池の出力を一定の比率で変化させる、燃料電池システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記補助電源の充電残量を検出する充電残量検出部を備え、
   前記制御部は、前記出力抑制制御を実行するときに、前記補助電源の充電残量を検出し、前記出力補償制御において前記補助電源が出力する電力量が、前記充電残量を超えないように、前記出力抑制制御を行う、燃料電池システム。
7. 電極に触媒が配置されている燃料電池と、補助電源と、外部負荷からの出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部と、を備える燃料電池システムを制御する方法であって、
   （ａ）所定の周期で前記出力要求を検出する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）において前記出力要求が第１の値から第２の値に増大したときに、
   （ｉ）前記第１の値と前記第２の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第１の値であったときの前記燃料電池に対する第１の指令値から、前記第２の値に相当する出力電力を出力させる第２の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
   （ｉｉ）前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第２の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第１の指令値から前記第２の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行う工程と、
   （ｃ）前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くする工程と、
   （ｄ）前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、方法。

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