燃料電池システムおよびその制御方法
【課題】触媒電極の経時的な酸化劣化による触媒性能低下を抑制するための劣化状態を簡便に判定することが可能な燃料電池システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池と出力状態を制御する電池出力制御部と出力状態を測定する出力状態測定部と触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部とを備え、燃料電池の制御状態を燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において燃料電池の出力電流値を測定する。測定した出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、触媒電極が劣化していると判定する。
【解決手段】燃料電池と出力状態を制御する電池出力制御部と出力状態を測定する出力状態測定部と触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部とを備え、燃料電池の制御状態を燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において燃料電池の出力電流値を測定する。測定した出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、触媒電極が劣化していると判定する。
【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おいて、燃料電池の触媒電極の経時的な酸化劣化による触媒性能低下を抑制するための触媒劣化判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１に記載された燃料電池システムでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ：ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）の測定を行って触媒電極の劣化状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１８０９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８０５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ＣＶの測定では、ＣＶの測定のための特別な操作を実施する必要があり、この操作を実施するためには、通常の発電制御においては不必要な機能である電圧電流制御装置を装備しなければならず、さらに、この操作のための時間を設けねばならないため、燃料電池システムの構成が複雑化するという問題がある。また、ＣＶの測定では燃料電池の電圧を強制的に変動させるため、これによって触媒電極の劣化を引き起こす可能性があり、燃料電池の耐久性を低下させる要因になる、といも問題もある。
【０００５】
そこで、本発明は、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能な技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池システムであって、電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、を備え、前記触媒劣化判定部は、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記出力状態測定部により測定した前記燃料電池の出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
例えば、燃料電池システムの始動時や、駆動対象に対して電力の供給を停止する、いわゆる無負荷時のような場合には、待機制御状態として、燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、ガス供給部によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御がなされる場合がある。上記構成によれば、このような待機制御状態を利用して、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能であり、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能である。
【０００９】
［適用例３］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給が制御されている制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
例えば、燃料電池システムの始動時や、駆動対象に対して電力の供給を停止する、いわゆる無負荷時のような場合には、待機制御状態として、燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、ガス供給部によるガスの供給が制御される場合がある。上記構成によれば、このような待機制御状態を利用して、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能であり、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能である。
【００１０】
［適用例４］
燃料電池システムであって、電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する時間間隔測定部と、前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、を備え、前記触媒劣化判定部は、前記待機制御状態において前記時間間隔測定部により測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。
【００１１】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記電池出力制御部は、前記触媒劣化判定部によって前記触媒電極が劣化していると判定された場合に、前記燃料電池の出力電圧を触媒活性化電圧に低下させる触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することができるとともに、この判定を受けて、触媒活性化制御を実行することにより触媒の劣化状態を回復させることが可能である。
【００１２】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池システムであって、前記電池出力制御部は、前記待機制御状態から前記負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に前記触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、待機制御状態から負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に触媒活性化制御を実行することができるので、効率的な触媒活性化のタイミングで触媒の劣化状態を回復させることが可能である。
【００１３】
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、燃料電池システムや、燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の燃料電池の触媒電極の劣化判定の基本概念について示す説明図である。
【図２】第１実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】第１実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図３の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。
【図５】第２実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】第２実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第６の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。
【図８】第３実施例における触媒劣化判定ルーチンの一部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】
【００１５】
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．触媒劣化判定の基本概念：
Ｂ．第１実施例：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．第３実施例：
Ｅ．変形例：
【００１６】
Ａ．触媒劣化判定の基本概念：
図１は、本発明の燃料電池の触媒電極の劣化判定の基本概念について示す説明図であり、図１（Ａ）は燃料電池セルの発電特性、すなわち、電流対電圧特性について示しており、図１（Ｂ）は触媒電極の劣化判定の流れについて示している。
【００１７】
燃料電池システムの運転停止時には、燃料電池を構成する燃料電池セルのアノードとカソード間の電位差は運転時の状態から低下して最終的にゼロとなるので、触媒電極の酸化劣化状態から回復される。従って、燃料電池システムの運転始動直後は、触媒電極は酸化劣化状態から回復した状態での電流対電圧特性を示す（図１（Ａ）の実線参照）。そして、燃料電子システムが運転されて時間が経過していくと、触媒電極の酸化劣化が進み、これに応じて電圧が低下した電流対電圧特性を示す（図１（Ａ）の点線や破線参照）。
【００１８】
始動直後の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値（以下、「初期電流値」とも呼ぶ）ｉｔ０は、バトラーフォルマー（Butler-Volumer）式に基づいて下式（１）で表される。
ｉｔ０＝ｋ・θｔ０・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］ ・・・（１）
ｋ：反応速度定数
θｔ０：始動直後の反応に寄与する触媒の割合（触媒率）
α：移動係数
ｎ：酸化還元反応電子数
Ｆ：ファラデー定数
Ｒ：気体定数
Ｔ：燃料電池の温度
【００１９】
また、ある程度運転時間が経過した時（運転経時後）の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値ｉｔｒも、バトラーフォルマー式に基づいて下式（２）で表される。
ｉｔｒ＝ｋ・θｔｒ・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］ ・・・（２）
θｔｒ：運転経時後の反応に寄与する触媒率
【００２０】
運転経時後において、酸化劣化によって発生する電圧降下の許容値（許容降下電圧値)をΔηとした場合の電圧値（Ｅｔ０＋Δη）における電流値ｉｔ０’は、(１)式で示す初期電流値ｉｔ０と等しく、バトラーフォルマー式に基づいて下式（３）で表される。
ｉｔ０’＝ｉｔ０＝ｋ・θｔｒ・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・（Ｅｔ０＋Δη）］ ・・・（３）
よって、θｔｒは、（１），（３）式から下式（４）で表されることになる。
θｔｒ＝θｔ０・ｅｘｐ［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ …（４）
【００２１】
そして、運転経時後の許容降下電圧値をΔηとした場合の所定電圧値Ｅｔ０における電流値（許容電流値）ｉｔｒは、（１），（２），（４）式から下式（５）で表される。
ｉｔｒ＝ｋ・θｔ０・exp［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］
＝ｉｔ０・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（５）
すなわち、所定電圧Ｅｔ０における許容電流値ｉｔｒは、所定電圧Ｅｔ０における初期電流値ｉｔ０および許容降下電圧値Δηに基づいて設定することができる。
【００２２】
ここで、図１（Ｂ）に示すように、ある運転経時後の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値ｉｔが上記（５）式で示された許容電流値ｉｔｒよりも小さい場合における電流対電圧特性は、許容降下電圧値Δηの場合の電流対電圧特性（図１（Ａ）の点線参照）よりも電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなった状態となる（図１（Ａ）の破線参照）。すなわち、この場合には、触媒の酸化劣化が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒活性化処理が必要であると判定することができると考えられる。
【００２３】
そこで、以下の実施例では、説明した触媒電極の劣化判定の基本概念を適用した触媒劣化判定について説明する。
【００２４】
Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成例：
図２は、第１実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。この燃料電池システム１０は、車両に搭載される燃料電池システムを例に示している。
【００２５】
燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、アノードガス（燃料ガス）供給部２００およびカソードガス（酸化ガス）供給部３００と、冷却装置４００と、モニター部５００と、電力制御部６００と、制御部７００と、を備えている。
【００２６】
燃料電池１００は、アノードに供給されるアノードガスとしての燃料ガス（水素）と、カソードに供給されるカソードガスとしての酸化ガス（空気、厳密には空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。
【００２７】
この燃料電池１００としては、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池セルで構成される燃料電池が対象となる。また、燃料電池１００は、複数の燃料電池セルを積層したスタック構造を有するものとする。燃料電池セルは、図示は省略するが、基本的に、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）をセパレータで挟持した構成を有している。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒電極（「アノード側触媒電極」あるいは単に「アノード」とも呼ぶ）と、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒電極（「カソード側触媒電極」あるいは単に「カソード」とも呼ぶ）とで構成される。ＭＥＡとセパレータとの間には、アノード側およびカソード側に、それぞれガス拡散層（ＧＤＬ）が設けられている。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、アノードガスやカソードガスのガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。なお、電解質膜とアノード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「アノード」と呼ぶ場合もある。また、電解質膜とカソード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「カソード」と呼ぶ場合もある。
【００２８】
アノードガス供給部２００は、アノードガス（燃料ガス）としての高圧の水素ガスを貯蔵した水素ガスタンク２１０と、水素ガスタンク２１０の水素ガスを燃料電池１００に供給するためのアノードガス供給流路２２０と、燃料電池１００から排出されたアノードオフガス（燃料オフガス）としての水素オフガスをアノードガス供給流路２２０に戻すためのアノードガス循環流路２３０と、を備える。アノードガス供給流路２２０には、水素ガスタンク２１０からの水素ガスの供給を遮断または許容する開閉バルブ２２２と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２２４と、水素ガスの流量を調整する水素供給部２２６とが設けられている。アノードガス循環流路２３０には、アノードガス循環流路２３０内のアノードオフガスとしての水素オフガスをアノードガス供給流路２２０側へ送り出す水素ガスポンプ２３２が設けられている。また、アノードガス循環流路２３０には、気液分離部２３４および排気排水バルブ２３６を介して、排気口３５０につながる排出流路２３８が接続されている。気液分離部２３４は、水素オフガスに含まれる水分を回収する。排気排水バルブ２３６は、気液分離部２３４で回収された水分およびアノードガス循環流路２３０内の不純物を含む水素オフガスを排出する。排気排水バルブ２３６から排出された水素オフガスは、排気口３５０から排ガスとして大気中に排気される。なお、開閉バルブ２２２、レギュレータ２２４、水素供給部２２６、水素ガスポンプ２３２、気液分離部２３４、および、排気排水バルブ２３６は、制御部７００からの指示に従って動作する。
【００２９】
カソードガス供給部３００は、吸気口３１０を介してカソードガス（酸化ガス）としての空気を取り込んで圧縮送出するためのコンプレッサ３２０と、空気（エア）を燃料電池１００に供給するためのカソードガス供給流路３３０と、燃料電池１００から排出されたカソードオフガス（酸化オフガス）を排気口３５０から排出するためのカソードオフガス排出流路３４０と、を備える。カソードオフガス排出流路３４０には、燃料電池１００内のカソードガス（酸化ガス）の圧力を調整するための背圧調整バルブ３４２が設けられている。カソードガス供給流路３３０およびカソードオフガス排出流路３４０には、燃料電池１００から排出されたカソードオフガス（酸化オフガス）を用いてコンプレッサ３２０から圧送されたカソードガス（酸化ガス）を加湿する加湿部３６０が設けられている。加湿部３６０で水分交換等されたカソードオフガスは、排ガスとして排気口３５０から大気中に排気される。なお、コンプレッサ３２０、背圧調整バルブ３４２、および、加湿部３６０は、制御部７００からの指示に従って動作する。
【００３０】
冷却装置４００は、冷却部４１０と、冷媒を燃料電池１００に供給する冷媒供給流路４２０と、燃料電池から排出される冷媒を燃料電池１００に戻す冷媒排出流路４３０と、を備える。冷却部４１０は、冷媒供給流路４２０を介して燃料電池１００に冷媒を供給し、燃料電池１００の冷却に供された後の冷媒を冷媒排出流路４３０を介して受け取ることにより、冷媒を循環させて、燃料電池１００の冷却を実行する。冷媒としては、水、不凍液等を用いることができる。
【００３１】
モニター部５００は、各燃料電池セル間のセル電圧を測定するセル電圧モニター５１０と、燃料電池１００の出力電圧を測定する電圧センサー５２０および出力電流を測定する電流センサー５３０と、を備えている。また、モニター部５００には、燃料電池１００に供給されるアノードガスやカソードガスの圧力を測定する圧力センサーや湿度を測定する湿度センサー、流量を測定する流量センサー、燃料電池１００の温度や冷媒の温度を測定する各温度センサー等種々の図示しないセンサーを備えている。なお、センサー等の各要素はそれぞれ制御部７００に接続されており、各要素で測定された測定結果は制御部７００からの指示に従って、制御部７００に受け渡される。
【００３２】
電力制御部６００は、二次電池制御部６２０、モータ制御部６４０、図示しない各種の補機制御部等を備える。二次電池制御部６２０は、二次電池６１０の充放電を制御する。モータ制御部６４０は、燃料電池１００あるいは二次電池６１０からの電力のモータ６３０への供給を制御する。このモータ制御部６４０は、例えば、モータ６３０が三相交流モータの場合には、直流を三相交流に変換する三相インバータで構成される。補機制御部は、たとえば、水素ガスポンプ２３２や、コンプレッサ３２０等の各装置を駆動するための電力の供給を制御する。なお、モータ６３０は、燃料電池システム１０が搭載される車両の主動力源を構成する。
【００３３】
制御部７００は、ＣＰＵ７１０と、メモリ７２０と、入出力部７３０と、を主に備えるコンピュータシステムとして構成されている。入出力部７３０は、各種アクチュエータや、各種センサー、各種スイッチ等を、制御信号線（不図示）を介して接続している。各種アクチュエータとしては、上述した開閉バルブ２２２やレギュレータ２２４、水素供給部２２６、水素ガスポンプ２３２、コンプレッサ３２０、背圧調整バルブ３４２、冷却部４１０に含まれる図示しない冷却ポンプや冷却ファン、モータ６３０の回転量を制御するアクセル７５０等がある。また、各種センサーとしては、上述した電圧センサー５２０や、電流センサー５３０、図示しない温度センサー、圧力センサー、湿度センサー、流量センサー等がある。また、各種スイッチとしては、燃料電池システム１０が搭載される電気自動車を始動する始動スイッチ７４０等がある。
【００３４】
メモリ７２０には、主として燃料電池システム１０を制御するための図示しない種々のコンピュータープログラムが格納されており、ＣＰＵ７１０は、これらコンピュータープログラムを実行することにより、各機能ブロックとして動作する。例えば、電池出力制御ルーチン、および、触媒劣化判定ルーチンのコンピュータープログラムを実行することにより、ＣＰＵ７１０は、電池出力制御部７１０ａおよび触媒劣化判定部７１０ｂとして機能する。電池出力制御部７１０ａは、燃料電池１００および二次電池６１０の動作を制御する。なお、触媒劣化判定部７１０ｂが実行する触媒劣化判定ルーチンについては、以下で詳述する。
【００３５】
なお、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００が本発明のガス供給部に相当する。また、モニター部５００が本発明の出力状態測定部に相当する。
【００３６】
Ｂ２．触媒劣化判定ルーチン：
図３は、第１実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。図４は、図３の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。この触媒劣化判定ルーチンは、電気自動車の起動前は暗電流、具体的には、二次電池６１０に蓄積されている電力にて実行される。
【００３７】
図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵ７１０の触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態となっているか否か判定する（ステップＳ１００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態でない、すなわちオフ状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１１０の処理を繰り返して、始動スイッチ７４０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。なお、始動スイッチ７４０がオン状態となった場合には、別途、電池出力制御部７１０ａによって燃料電池１００が起動される。ここで、電池出力制御部７１０ａは、燃料電池１００を起動すると、まず、アクセル７５０がオン状態となって燃料電池システム１０の負荷であるモータ６３０を駆動するための燃料電池１００に対する通常の発電制御を実行して通常の発電を開始するまで、待機制御を実行する。そして、アクセル７５０がオン状態となった場合には、燃料電池１００に対する通常の発電制御を実行し、アクセル７５０の操作量に応じた通常の発電を開始する。
【００３８】
待機制御について、簡単に説明すると、モータ６３０への燃料電池１００からの電力の供給を停止し、図４（Ａ）に示すように、燃料電池１００のセル電圧が、予め設定される下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行される。なお、上限電圧ＥＨは開回路電圧よりも低い電圧に設定され、上限電圧ＥＬは通常の発電制御時の運転電圧よりも高い電圧に設定される。従って、待機制御においては、通常の発電時における電流よりも小さな電流が発生する。待機制御によって発生した電流は、例えば、二次電池制御部６２０を介して二次電池６１０に充電され、あるいは、各種アクチュエータ等を含む各種補機等、燃料電池システム内の負荷で消費される。セル電圧の監視は、セル電圧モニター５１０を介して実行される。また、セル電圧の監視は、全ての燃料電池セルのセル電圧について監視してもよいし、いずれか１つ以上の燃料電池セルのセル電圧を選択して監視してもよい。測定時間を考慮すると、いずれか１つの代表的な燃料電池セルを選択して、そのセル電圧を監視するのが一般的である。
【００３９】
ステップＳ１００で、始動スイッチ７４０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、始動直後の上記待機制御時のセル電圧が上限電圧値ＥＨにおける出力電流を測定し（ステップＳ１１０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出する（ステップＳ１２０）。なお、出力電流の測定は、電流センサー５３０を介して実行される。また、判定基準電流値ｉｔｒｉの算出は、下記のように実行される。なお、判定基準電流値ｉｔｒｉが本発明の許容電流値に相当する。
【００４０】
判定基準電流値ｉｔｒｉは、上記（５）式で示した許容電流値ｉｔｒの式を用いて、下式（６）で表される。
ｉｔｒｉ＝ｉｔ０ｉ・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（６）
従って、初期待機電流値ｉｔ０ｉを測定すれば、上記（６）式から判定基準電流値ｉｔｒｉを算出することが可能である。
なお、例えば、Δη＝−５ｍＶ，α＝０．５，ｎ＝４，Ｆ＝９．６４８５３×１０４Ｃｍｏｌ−１，Ｒ＝８．３１４４７ＪＫ−１ｍｏｌ−１，Ｔ＝３５３Ｋ（＝８０℃）とすると、判定基準電流値ｉｔｒｉは、上記した（６）式を用いて、下式（７）で表される。
ｉｔｒｉ≒０．７２・ｉｔ０ｉ ・・・（７）
従って、初期待機電流値ｉｔ０ｉを測定すれば、上記（７）式から判定基準電流値ｉｔｒｉを算出することができる。
【００４１】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となって電池出力制御部７１０ａによってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電が開始されたか否か判定する（ステップＳ１３０）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１３０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００４２】
ステップＳ１３０で、アクセル７５０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって電池出力制御部７１０ａによって待機制御が開始されたか否か判定する（ステップＳ１４０）。ここで、アクセル７５０がオフ状態となっていない、すなわちオン状態のままで待機制御状態とはなっていないと判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１４０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によってオフ状態とされるのを待つ。
【００４３】
ステップＳ１４０で、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって電池出力制御部７１０ａによって待機制御が開始されていると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、待機電流値ｉｔｉとして、待機制御時のセル電圧が上限電圧値ＥＨにおける出力電流を測定する（ステップＳ１５０）。
【００４４】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、測定した待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいか否か判定する（ステップＳ１６０）。ここで、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいと判定した場合には、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなり、媒劣化状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理が必要であると判断して触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。なお、この触媒活性化処理は、セル電圧を触媒活性化電圧（触媒電極を還元領域とする電圧）に低下させる、いわゆるリフレッシュ処理であり、例えば、セル電圧を０．７Ｖ程度以下に低下させることにより実現される。なお、セル電圧を触媒活性化電圧に低下させる手法としては、燃料電池１００から出力する電流を変化させることにより低下させる手法や、燃料電池１００への酸素の供給を停止することにより低下させる手法等、周知の一般的な手法を用いることができる。
【００４５】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、活性化処理後の待機制御時におけるセル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流を測定し（ステップＳ１８０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出しなおす（ステップＳ１９０）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあるか否か判定する（ステップＳ２００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあると判定されたときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、先頭のステップＳ１００へ戻って、ステップＳ１００の処理から各処理を実行する。一方、始動スイッチ７４０がオフ状態ではなく、オン状態のままである場合には、ステップＳ１３０へ戻って、ステップＳ１３０の処理から各処理を実行する。
【００４６】
ステップＳ１６０において、図４（Ｂ）に示すように、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さい状態でない、すなわち、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉ以上であると判定した場合には、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも小さく、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理は不要であると判断し、上記したステップＳ２００の処理を実行する。
【００４７】
以上説明したように、本実施例では、モータ６３０への燃料電池からの電力の供給を停止し、燃料電池１００のセル電圧が、下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行されている待機制御時において、セル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流の値（待機電流値）ｉｔｉが、予め設定されている許容降下電圧値Δηに基づいて、上記（６）式から求められる判定基準電流値ｉｔｒｉよりも小さくなっているか否か判定することにより、触媒劣化状態が許容範囲内にあるか許容範囲を超えているか判定することができる。これにより、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、酸化による触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。そして、触媒劣化状態が許容範囲を超えている場合には、触媒活性化処理を実行することにより、触媒電極の劣化状態を回復させることが可能である。
【００４８】
Ｃ．第２実施例：
Ｃ１．燃料電池システムの構成例：
図５は、第２実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ｂは、制御部７００のＣＰＵ７１０が、電池出力制御部７１０ａおよび触媒劣化判定部７１０ｂに加えて、時間間隔測定ルーチンのコンピュータープログラムを実行することにより時間間隔測定部７１０ｃとして機能する点を除いて、第１実施例の燃料電池システム１０の構成と全く同じである。
【００４９】
Ｃ２．触媒劣化判定ルーチン：
図６は、第２実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。図７は、第６の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。この触媒劣化判定ルーチンも、電気自動車の起動前は暗電流にて実行される。図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵ７１０の触媒劣化判定部７１０ｂは、第１実施例の触媒劣化判定ルーチン（図３参照）と同様に、始動スイッチ７４０がオン状態にあるか否か判定する（ステップＳ１００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態でない、すなわちオフ状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１１０の処理を繰り返して、始動スイッチ７４０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。なお、始動スイッチ７４０がオン状態となった場合には、第１実施例の場合と同様に、別途、電池出力制御部７１０ａによって燃料電池１００が起動される。電池出力制御部７１０ａは、第１実施例の場合と同様に、まず、アクセル７５０がオン状態となって燃料電池１００のモータ６３０を駆動するための通常の発電制御を実行して通常の発電を開始するまで、待機制御を実行する。そして、アクセル７５０がオン状態となった場合には、通常の発電を開始する。
【００５０】
ステップＳ１００で、始動スイッチ７４０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機制御時間間隔t０として、図４（Ａ），図７（Ａ）に示すように、ガス供給のオンとオフの繰り返し時間間隔（以下、「待機制御時間間隔」と呼ぶ）を測定し（ステップＳ１１０ｂ）、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出する（ステップＳ１２０ｂ）。なお、待機制御時間間隔の測定は、電池出力制御部７１０ａによって実行されるガス供給のオンの指示タイミングの間隔を、例えば、図示しないタイマーを用いて計測することにより測定することができる。また、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒの算出は、下記のように実行される。なお、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒが本発明の許容時間間隔に相当する。
【００５１】
上記のようなガス供給のオンとオフを繰り返す間欠的な制御時における燃料電池セル中のガス量をＶｃとすると、始動直後の初期待機制御時間間隔ｔｔ０は、初期待機電流値ｉｔ０ｉを用いて下式（８）のように表される。
ｔｔ０＝Ｖｃ／ｉｔ０ｉ
＝Ｖｃ・｛ｋ・θｔ０・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・ＥＨ］｝−１ ・・・（８）
同様に、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒは、上記（６）式の判定基準電流値ｉｔｒｉおよび上記（８）式の初期待機制御時間間隔ｔｔ０を用いて下式（９）のように表される。
ｔｔｒ＝Ｖｃ／ｉｔｒｉ
＝Ｖｃ／｛ｉｔ０ｉ・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］｝
＝（Ｖｃ／ｉｔｒｉ）・｛１／exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］｝
＝ｔｔ０・exp［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（９）
従って、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定すれば、上記（９）式から判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出することが可能である。
なお、例えば、Δη＝−５ｍＶ，α＝０．５，ｎ＝４，Ｆ＝９．６４８５３×１０４Ｃｍｏｌ−１，Ｒ＝８．３１４４７ＪＫ−１ｍｏｌ−１，Ｔ＝３５３Ｋ（＝８０℃）とすると、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒは、上記した（９）式を用いて、下式（１０）のように表される。
ｔｔｒ≒１．３８・ｔｔ０ ・・・（１０）
従って、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定すれば、上記（１０）式から判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出することができる。
【００５２】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始したか否か判定する（ステップＳ１３０）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１３０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００５３】
ステップＳ１３０で、アクセル７５０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって待機制御が開始されたか否か判定する（ステップＳ１４０）。ここで、アクセル７５０がオフ状態となっていない、すなわちオン状態のままで待機制御状態とはなっていないと判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１４０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によってオフ状態とされるのを待つ。
【００５４】
ステップＳ１４０で、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって待機制御が開始されていると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、待機制御時間間隔ｔｔを測定する（ステップＳ１５０ｂ）。
【００５５】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、測定した待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きいか否か判定する（ステップＳ１６０ｂ）。ここで、図７（Ｂ）に示すように、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きいと判定した場合には、触媒劣化時状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理が必要であると判断して触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。
【００５６】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定し（ステップＳ１８０ｂ）、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出しなおす（ステップＳ１９０ｂ）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあるか否か判定する（ステップＳ２００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあると判定されたときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、先頭のステップＳ１００へ戻って、ステップＳ１００の処理から各処理を実行する。一方、始動スイッチ７４０がオフ状態ではなく、オン状態のままである場合には、ステップＳ１３０へ戻って、ステップＳ１３０の処理から各処理を実行する。
【００５７】
ステップＳ１６０ｂにおいて、図７（Ｂ）に示すように、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒより大きい状態でない、すなわち、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒ以下であると判定した場合には、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理は不要であると判断し、上記したステップＳ２００の処理を実行する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例では、モータ６３０への燃料電池からの電力の供給を停止し、燃料電池１００のセル電圧が、下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行されている待機制御時において、ガス供給の実行と停止の繰り返しの時間間隔（待機制御時間間隔）ｔｔが、予め設定されている許容降下電圧値Δηに基づいて、上記（９）式から求められる判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きくなっているか否か判定することにより、触媒劣化状態が許容範囲内にあるか許容範囲を超えているか判定することができる。これにより、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、酸化による触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。そして、触媒劣化状態が許容範囲を超えている場合には、触媒活性化処理を実行することにより、触媒電極の劣化状態を回復させることが可能である。
【００５９】
Ｄ．第３実施例：
図８は、第３実施例における触媒劣化判定ルーチンの一部を示すフローチャートである。図８は、図３に示した第１実施例における触媒劣化判定ルーチンステップＳ１６０とステップＳ１７０との間に、ステップＳ１６２ｃの処理が追加されており、また、ステップＳ１６０とステップＳ２００との間に、ステップＳ１６４ｃの処理が追加されたものである。
【００６０】
ステップＳ１６０において、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいと判定した場合には、第１実施例において説明したように、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなり、媒劣化状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒活性化処理が必要であると判断される。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなったか否か判定する（ステップＳ１６２ｃ）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１６２ｃの処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００６１】
ステップＳ１６２ｃで、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなった場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。なお、ＣＰＵ７１０の電池出力制御部７１０ａによるモータ６３０への電力を供給するための通常の発電制御は、この触媒活性化処理の後で開始される。
【００６２】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、活性化処理後の待機制御時におけるセル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流を測定し（ステップＳ１８０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出しなおす（ステップＳ１９０）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ２００の処理を実行する。
【００６３】
ステップＳ１６０において、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さい状態でない、すなわち、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉ以上であると判定した場合には、第１実施例において説明したように、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも小さく、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒活性化処理は不要であると判断される。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始するタイミングとなったか否か判定する（ステップＳ１６４ｃ）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１６４ｃの処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００６４】
ステップＳ１６４ｃで、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始するタイミングとなった場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ２００の処理を実行する。なお、このとき、ＣＰＵ７１０の電池出力制御部７１０ａによって、モータ６３０への電力を供給するための通常の発電制御が開始される。
【００６５】
第１実施例および第２実施例では、触媒活性化処理のタイミングに制限はなく、触媒活性化処理が必要と判断された時点で実行される。待機制御時においては、燃費と触媒劣化の観点から発電特性は悪い方が望ましく、通常の運転時、すなわち、モータ６３０への電電力を供給するための発電時においては、発電特性は良い方が望ましい。このため、待機制御の開始直前あるいは待機制御中に触媒活性化処理が実行されてしまうと、発電特性が良くなってしまい、無座に燃料の消費や触媒の劣化を促進させることになる。一方、本実施例では、上記したように、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなった場合に、その発電制御の開始前に、触媒活性化処理を実行している。従って、効率の良い最適なタイミングで触媒活性化処理を実行することができる。
【００６６】
なお、本実施例は、第１実施例の触媒劣化判定ルーチンに基づいて、触媒活性化処理のタイミングについて説明したが、第２実施例の触媒劣化判定ルーチンにも適用可能である。
【００６７】
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る。
【００６８】
Ｅ１．変形例１：
上記第１実施例では、ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す待機制御時の待機電流により触媒劣化の判定を行う場合を例に説明したが、発明の基本概念で示したように、燃料電池セルの電圧が所定の電圧値、例えば所定の上限電圧値となるように、ガスの供給が制御されている待機制御時の待機電流により触媒劣化の判定を行うようにしてもよい。
【００６９】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、車両に搭載される燃料電池システムを例に示しているが、車両のみならず、二輪車や船舶、飛行機、ロボット等の種々の移動体に適用可能である。また、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池システム
１０Ｂ…燃料電池システム
１００…燃料電池
２００…アノードガス供給部
２１０…水素ガスタンク
２２０…アノードガス供給流路
２２２…開閉バルブ
２２４…レギュレータ
２２６…水素供給部
２３０…アノードガス循環流路
２３２…水素ガスポンプ
２３４…気液分離部
２３６…排気排水バルブ
２３８…排出流路
３００…カソードガス供給部
３１０…吸気口
３２０…コンプレッサ
３３０…カソードガス供給流路
３４０…カソードオフガス排出流路
３４２…背圧調整バルブ
３５０…排気口
３６０…加湿部
４００…冷却装置
４１０…冷却部
４２０…冷媒供給流路
４３０…冷媒排出流路
５００…モニター部
５１０…セル電圧モニター
５２０…電圧センサー
５３０…電流センサー
６００…電力制御部
６１０…二次電池
６２０…二次電池制御部
６３０…モータ
６４０…モータ制御部
７００…制御部
７１０…ＣＰＵ
７１０ａ…電池出力制御部
７１０ｂ…触媒劣化判定部
７１０ｃ…時間間隔測定部
７２０…メモリ
７３０…入出力部
７４０…始動スイッチ
７５０…アクセル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の触媒電極の経時的な酸化劣化による触媒性能低下を抑制するための触媒劣化判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１に記載された燃料電池システムでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ：ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）の測定を行って触媒電極の劣化状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１８０９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８０５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ＣＶの測定では、ＣＶの測定のための特別な操作を実施する必要があり、この操作を実施するためには、通常の発電制御においては不必要な機能である電圧電流制御装置を装備しなければならず、さらに、この操作のための時間を設けねばならないため、燃料電池システムの構成が複雑化するという問題がある。また、ＣＶの測定では燃料電池の電圧を強制的に変動させるため、これによって触媒電極の劣化を引き起こす可能性があり、燃料電池の耐久性を低下させる要因になる、といも問題もある。
【０００５】
そこで、本発明は、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能な技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池システムであって、電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、を備え、前記触媒劣化判定部は、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記出力状態測定部により測定した前記燃料電池の出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
例えば、燃料電池システムの始動時や、駆動対象に対して電力の供給を停止する、いわゆる無負荷時のような場合には、待機制御状態として、燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、ガス供給部によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御がなされる場合がある。上記構成によれば、このような待機制御状態を利用して、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能であり、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能である。
【０００９】
［適用例３］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給が制御されている制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
例えば、燃料電池システムの始動時や、駆動対象に対して電力の供給を停止する、いわゆる無負荷時のような場合には、待機制御状態として、燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、ガス供給部によるガスの供給が制御される場合がある。上記構成によれば、このような待機制御状態を利用して、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能であり、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能である。
【００１０】
［適用例４］
燃料電池システムであって、電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する時間間隔測定部と、前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、を備え、前記触媒劣化判定部は、前記待機制御状態において前記時間間隔測定部により測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。
【００１１】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記電池出力制御部は、前記触媒劣化判定部によって前記触媒電極が劣化していると判定された場合に、前記燃料電池の出力電圧を触媒活性化電圧に低下させる触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、触媒電極の劣化状態を簡便に判定することができるとともに、この判定を受けて、触媒活性化制御を実行することにより触媒の劣化状態を回復させることが可能である。
【００１２】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池システムであって、前記電池出力制御部は、前記待機制御状態から前記負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に前記触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、待機制御状態から負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に触媒活性化制御を実行することができるので、効率的な触媒活性化のタイミングで触媒の劣化状態を回復させることが可能である。
【００１３】
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、燃料電池システムや、燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の燃料電池の触媒電極の劣化判定の基本概念について示す説明図である。
【図２】第１実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】第１実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図３の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。
【図５】第２実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】第２実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第６の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。
【図８】第３実施例における触媒劣化判定ルーチンの一部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】
【００１５】
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．触媒劣化判定の基本概念：
Ｂ．第１実施例：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．第３実施例：
Ｅ．変形例：
【００１６】
Ａ．触媒劣化判定の基本概念：
図１は、本発明の燃料電池の触媒電極の劣化判定の基本概念について示す説明図であり、図１（Ａ）は燃料電池セルの発電特性、すなわち、電流対電圧特性について示しており、図１（Ｂ）は触媒電極の劣化判定の流れについて示している。
【００１７】
燃料電池システムの運転停止時には、燃料電池を構成する燃料電池セルのアノードとカソード間の電位差は運転時の状態から低下して最終的にゼロとなるので、触媒電極の酸化劣化状態から回復される。従って、燃料電池システムの運転始動直後は、触媒電極は酸化劣化状態から回復した状態での電流対電圧特性を示す（図１（Ａ）の実線参照）。そして、燃料電子システムが運転されて時間が経過していくと、触媒電極の酸化劣化が進み、これに応じて電圧が低下した電流対電圧特性を示す（図１（Ａ）の点線や破線参照）。
【００１８】
始動直後の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値（以下、「初期電流値」とも呼ぶ）ｉｔ０は、バトラーフォルマー（Butler-Volumer）式に基づいて下式（１）で表される。
ｉｔ０＝ｋ・θｔ０・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］ ・・・（１）
ｋ：反応速度定数
θｔ０：始動直後の反応に寄与する触媒の割合（触媒率）
α：移動係数
ｎ：酸化還元反応電子数
Ｆ：ファラデー定数
Ｒ：気体定数
Ｔ：燃料電池の温度
【００１９】
また、ある程度運転時間が経過した時（運転経時後）の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値ｉｔｒも、バトラーフォルマー式に基づいて下式（２）で表される。
ｉｔｒ＝ｋ・θｔｒ・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］ ・・・（２）
θｔｒ：運転経時後の反応に寄与する触媒率
【００２０】
運転経時後において、酸化劣化によって発生する電圧降下の許容値（許容降下電圧値)をΔηとした場合の電圧値（Ｅｔ０＋Δη）における電流値ｉｔ０’は、(１)式で示す初期電流値ｉｔ０と等しく、バトラーフォルマー式に基づいて下式（３）で表される。
ｉｔ０’＝ｉｔ０＝ｋ・θｔｒ・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・（Ｅｔ０＋Δη）］ ・・・（３）
よって、θｔｒは、（１），（３）式から下式（４）で表されることになる。
θｔｒ＝θｔ０・ｅｘｐ［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ …（４）
【００２１】
そして、運転経時後の許容降下電圧値をΔηとした場合の所定電圧値Ｅｔ０における電流値（許容電流値）ｉｔｒは、（１），（２），（４）式から下式（５）で表される。
ｉｔｒ＝ｋ・θｔ０・exp［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Ｅｔ０］・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］
＝ｉｔ０・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（５）
すなわち、所定電圧Ｅｔ０における許容電流値ｉｔｒは、所定電圧Ｅｔ０における初期電流値ｉｔ０および許容降下電圧値Δηに基づいて設定することができる。
【００２２】
ここで、図１（Ｂ）に示すように、ある運転経時後の所定の電圧値Ｅｔ０における電流値ｉｔが上記（５）式で示された許容電流値ｉｔｒよりも小さい場合における電流対電圧特性は、許容降下電圧値Δηの場合の電流対電圧特性（図１（Ａ）の点線参照）よりも電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなった状態となる（図１（Ａ）の破線参照）。すなわち、この場合には、触媒の酸化劣化が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒活性化処理が必要であると判定することができると考えられる。
【００２３】
そこで、以下の実施例では、説明した触媒電極の劣化判定の基本概念を適用した触媒劣化判定について説明する。
【００２４】
Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成例：
図２は、第１実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。この燃料電池システム１０は、車両に搭載される燃料電池システムを例に示している。
【００２５】
燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、アノードガス（燃料ガス）供給部２００およびカソードガス（酸化ガス）供給部３００と、冷却装置４００と、モニター部５００と、電力制御部６００と、制御部７００と、を備えている。
【００２６】
燃料電池１００は、アノードに供給されるアノードガスとしての燃料ガス（水素）と、カソードに供給されるカソードガスとしての酸化ガス（空気、厳密には空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。
【００２７】
この燃料電池１００としては、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池セルで構成される燃料電池が対象となる。また、燃料電池１００は、複数の燃料電池セルを積層したスタック構造を有するものとする。燃料電池セルは、図示は省略するが、基本的に、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）をセパレータで挟持した構成を有している。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒電極（「アノード側触媒電極」あるいは単に「アノード」とも呼ぶ）と、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒電極（「カソード側触媒電極」あるいは単に「カソード」とも呼ぶ）とで構成される。ＭＥＡとセパレータとの間には、アノード側およびカソード側に、それぞれガス拡散層（ＧＤＬ）が設けられている。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、アノードガスやカソードガスのガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。なお、電解質膜とアノード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「アノード」と呼ぶ場合もある。また、電解質膜とカソード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「カソード」と呼ぶ場合もある。
【００２８】
アノードガス供給部２００は、アノードガス（燃料ガス）としての高圧の水素ガスを貯蔵した水素ガスタンク２１０と、水素ガスタンク２１０の水素ガスを燃料電池１００に供給するためのアノードガス供給流路２２０と、燃料電池１００から排出されたアノードオフガス（燃料オフガス）としての水素オフガスをアノードガス供給流路２２０に戻すためのアノードガス循環流路２３０と、を備える。アノードガス供給流路２２０には、水素ガスタンク２１０からの水素ガスの供給を遮断または許容する開閉バルブ２２２と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２２４と、水素ガスの流量を調整する水素供給部２２６とが設けられている。アノードガス循環流路２３０には、アノードガス循環流路２３０内のアノードオフガスとしての水素オフガスをアノードガス供給流路２２０側へ送り出す水素ガスポンプ２３２が設けられている。また、アノードガス循環流路２３０には、気液分離部２３４および排気排水バルブ２３６を介して、排気口３５０につながる排出流路２３８が接続されている。気液分離部２３４は、水素オフガスに含まれる水分を回収する。排気排水バルブ２３６は、気液分離部２３４で回収された水分およびアノードガス循環流路２３０内の不純物を含む水素オフガスを排出する。排気排水バルブ２３６から排出された水素オフガスは、排気口３５０から排ガスとして大気中に排気される。なお、開閉バルブ２２２、レギュレータ２２４、水素供給部２２６、水素ガスポンプ２３２、気液分離部２３４、および、排気排水バルブ２３６は、制御部７００からの指示に従って動作する。
【００２９】
カソードガス供給部３００は、吸気口３１０を介してカソードガス（酸化ガス）としての空気を取り込んで圧縮送出するためのコンプレッサ３２０と、空気（エア）を燃料電池１００に供給するためのカソードガス供給流路３３０と、燃料電池１００から排出されたカソードオフガス（酸化オフガス）を排気口３５０から排出するためのカソードオフガス排出流路３４０と、を備える。カソードオフガス排出流路３４０には、燃料電池１００内のカソードガス（酸化ガス）の圧力を調整するための背圧調整バルブ３４２が設けられている。カソードガス供給流路３３０およびカソードオフガス排出流路３４０には、燃料電池１００から排出されたカソードオフガス（酸化オフガス）を用いてコンプレッサ３２０から圧送されたカソードガス（酸化ガス）を加湿する加湿部３６０が設けられている。加湿部３６０で水分交換等されたカソードオフガスは、排ガスとして排気口３５０から大気中に排気される。なお、コンプレッサ３２０、背圧調整バルブ３４２、および、加湿部３６０は、制御部７００からの指示に従って動作する。
【００３０】
冷却装置４００は、冷却部４１０と、冷媒を燃料電池１００に供給する冷媒供給流路４２０と、燃料電池から排出される冷媒を燃料電池１００に戻す冷媒排出流路４３０と、を備える。冷却部４１０は、冷媒供給流路４２０を介して燃料電池１００に冷媒を供給し、燃料電池１００の冷却に供された後の冷媒を冷媒排出流路４３０を介して受け取ることにより、冷媒を循環させて、燃料電池１００の冷却を実行する。冷媒としては、水、不凍液等を用いることができる。
【００３１】
モニター部５００は、各燃料電池セル間のセル電圧を測定するセル電圧モニター５１０と、燃料電池１００の出力電圧を測定する電圧センサー５２０および出力電流を測定する電流センサー５３０と、を備えている。また、モニター部５００には、燃料電池１００に供給されるアノードガスやカソードガスの圧力を測定する圧力センサーや湿度を測定する湿度センサー、流量を測定する流量センサー、燃料電池１００の温度や冷媒の温度を測定する各温度センサー等種々の図示しないセンサーを備えている。なお、センサー等の各要素はそれぞれ制御部７００に接続されており、各要素で測定された測定結果は制御部７００からの指示に従って、制御部７００に受け渡される。
【００３２】
電力制御部６００は、二次電池制御部６２０、モータ制御部６４０、図示しない各種の補機制御部等を備える。二次電池制御部６２０は、二次電池６１０の充放電を制御する。モータ制御部６４０は、燃料電池１００あるいは二次電池６１０からの電力のモータ６３０への供給を制御する。このモータ制御部６４０は、例えば、モータ６３０が三相交流モータの場合には、直流を三相交流に変換する三相インバータで構成される。補機制御部は、たとえば、水素ガスポンプ２３２や、コンプレッサ３２０等の各装置を駆動するための電力の供給を制御する。なお、モータ６３０は、燃料電池システム１０が搭載される車両の主動力源を構成する。
【００３３】
制御部７００は、ＣＰＵ７１０と、メモリ７２０と、入出力部７３０と、を主に備えるコンピュータシステムとして構成されている。入出力部７３０は、各種アクチュエータや、各種センサー、各種スイッチ等を、制御信号線（不図示）を介して接続している。各種アクチュエータとしては、上述した開閉バルブ２２２やレギュレータ２２４、水素供給部２２６、水素ガスポンプ２３２、コンプレッサ３２０、背圧調整バルブ３４２、冷却部４１０に含まれる図示しない冷却ポンプや冷却ファン、モータ６３０の回転量を制御するアクセル７５０等がある。また、各種センサーとしては、上述した電圧センサー５２０や、電流センサー５３０、図示しない温度センサー、圧力センサー、湿度センサー、流量センサー等がある。また、各種スイッチとしては、燃料電池システム１０が搭載される電気自動車を始動する始動スイッチ７４０等がある。
【００３４】
メモリ７２０には、主として燃料電池システム１０を制御するための図示しない種々のコンピュータープログラムが格納されており、ＣＰＵ７１０は、これらコンピュータープログラムを実行することにより、各機能ブロックとして動作する。例えば、電池出力制御ルーチン、および、触媒劣化判定ルーチンのコンピュータープログラムを実行することにより、ＣＰＵ７１０は、電池出力制御部７１０ａおよび触媒劣化判定部７１０ｂとして機能する。電池出力制御部７１０ａは、燃料電池１００および二次電池６１０の動作を制御する。なお、触媒劣化判定部７１０ｂが実行する触媒劣化判定ルーチンについては、以下で詳述する。
【００３５】
なお、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００が本発明のガス供給部に相当する。また、モニター部５００が本発明の出力状態測定部に相当する。
【００３６】
Ｂ２．触媒劣化判定ルーチン：
図３は、第１実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。図４は、図３の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。この触媒劣化判定ルーチンは、電気自動車の起動前は暗電流、具体的には、二次電池６１０に蓄積されている電力にて実行される。
【００３７】
図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵ７１０の触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態となっているか否か判定する（ステップＳ１００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態でない、すなわちオフ状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１１０の処理を繰り返して、始動スイッチ７４０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。なお、始動スイッチ７４０がオン状態となった場合には、別途、電池出力制御部７１０ａによって燃料電池１００が起動される。ここで、電池出力制御部７１０ａは、燃料電池１００を起動すると、まず、アクセル７５０がオン状態となって燃料電池システム１０の負荷であるモータ６３０を駆動するための燃料電池１００に対する通常の発電制御を実行して通常の発電を開始するまで、待機制御を実行する。そして、アクセル７５０がオン状態となった場合には、燃料電池１００に対する通常の発電制御を実行し、アクセル７５０の操作量に応じた通常の発電を開始する。
【００３８】
待機制御について、簡単に説明すると、モータ６３０への燃料電池１００からの電力の供給を停止し、図４（Ａ）に示すように、燃料電池１００のセル電圧が、予め設定される下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行される。なお、上限電圧ＥＨは開回路電圧よりも低い電圧に設定され、上限電圧ＥＬは通常の発電制御時の運転電圧よりも高い電圧に設定される。従って、待機制御においては、通常の発電時における電流よりも小さな電流が発生する。待機制御によって発生した電流は、例えば、二次電池制御部６２０を介して二次電池６１０に充電され、あるいは、各種アクチュエータ等を含む各種補機等、燃料電池システム内の負荷で消費される。セル電圧の監視は、セル電圧モニター５１０を介して実行される。また、セル電圧の監視は、全ての燃料電池セルのセル電圧について監視してもよいし、いずれか１つ以上の燃料電池セルのセル電圧を選択して監視してもよい。測定時間を考慮すると、いずれか１つの代表的な燃料電池セルを選択して、そのセル電圧を監視するのが一般的である。
【００３９】
ステップＳ１００で、始動スイッチ７４０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、始動直後の上記待機制御時のセル電圧が上限電圧値ＥＨにおける出力電流を測定し（ステップＳ１１０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出する（ステップＳ１２０）。なお、出力電流の測定は、電流センサー５３０を介して実行される。また、判定基準電流値ｉｔｒｉの算出は、下記のように実行される。なお、判定基準電流値ｉｔｒｉが本発明の許容電流値に相当する。
【００４０】
判定基準電流値ｉｔｒｉは、上記（５）式で示した許容電流値ｉｔｒの式を用いて、下式（６）で表される。
ｉｔｒｉ＝ｉｔ０ｉ・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（６）
従って、初期待機電流値ｉｔ０ｉを測定すれば、上記（６）式から判定基準電流値ｉｔｒｉを算出することが可能である。
なお、例えば、Δη＝−５ｍＶ，α＝０．５，ｎ＝４，Ｆ＝９．６４８５３×１０４Ｃｍｏｌ−１，Ｒ＝８．３１４４７ＪＫ−１ｍｏｌ−１，Ｔ＝３５３Ｋ（＝８０℃）とすると、判定基準電流値ｉｔｒｉは、上記した（６）式を用いて、下式（７）で表される。
ｉｔｒｉ≒０．７２・ｉｔ０ｉ ・・・（７）
従って、初期待機電流値ｉｔ０ｉを測定すれば、上記（７）式から判定基準電流値ｉｔｒｉを算出することができる。
【００４１】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となって電池出力制御部７１０ａによってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電が開始されたか否か判定する（ステップＳ１３０）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１３０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００４２】
ステップＳ１３０で、アクセル７５０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって電池出力制御部７１０ａによって待機制御が開始されたか否か判定する（ステップＳ１４０）。ここで、アクセル７５０がオフ状態となっていない、すなわちオン状態のままで待機制御状態とはなっていないと判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１４０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によってオフ状態とされるのを待つ。
【００４３】
ステップＳ１４０で、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって電池出力制御部７１０ａによって待機制御が開始されていると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、待機電流値ｉｔｉとして、待機制御時のセル電圧が上限電圧値ＥＨにおける出力電流を測定する（ステップＳ１５０）。
【００４４】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、測定した待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいか否か判定する（ステップＳ１６０）。ここで、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいと判定した場合には、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなり、媒劣化状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理が必要であると判断して触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。なお、この触媒活性化処理は、セル電圧を触媒活性化電圧（触媒電極を還元領域とする電圧）に低下させる、いわゆるリフレッシュ処理であり、例えば、セル電圧を０．７Ｖ程度以下に低下させることにより実現される。なお、セル電圧を触媒活性化電圧に低下させる手法としては、燃料電池１００から出力する電流を変化させることにより低下させる手法や、燃料電池１００への酸素の供給を停止することにより低下させる手法等、周知の一般的な手法を用いることができる。
【００４５】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、活性化処理後の待機制御時におけるセル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流を測定し（ステップＳ１８０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出しなおす（ステップＳ１９０）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあるか否か判定する（ステップＳ２００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあると判定されたときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、先頭のステップＳ１００へ戻って、ステップＳ１００の処理から各処理を実行する。一方、始動スイッチ７４０がオフ状態ではなく、オン状態のままである場合には、ステップＳ１３０へ戻って、ステップＳ１３０の処理から各処理を実行する。
【００４６】
ステップＳ１６０において、図４（Ｂ）に示すように、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さい状態でない、すなわち、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉ以上であると判定した場合には、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも小さく、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理は不要であると判断し、上記したステップＳ２００の処理を実行する。
【００４７】
以上説明したように、本実施例では、モータ６３０への燃料電池からの電力の供給を停止し、燃料電池１００のセル電圧が、下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行されている待機制御時において、セル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流の値（待機電流値）ｉｔｉが、予め設定されている許容降下電圧値Δηに基づいて、上記（６）式から求められる判定基準電流値ｉｔｒｉよりも小さくなっているか否か判定することにより、触媒劣化状態が許容範囲内にあるか許容範囲を超えているか判定することができる。これにより、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、酸化による触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。そして、触媒劣化状態が許容範囲を超えている場合には、触媒活性化処理を実行することにより、触媒電極の劣化状態を回復させることが可能である。
【００４８】
Ｃ．第２実施例：
Ｃ１．燃料電池システムの構成例：
図５は、第２実施例における燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ｂは、制御部７００のＣＰＵ７１０が、電池出力制御部７１０ａおよび触媒劣化判定部７１０ｂに加えて、時間間隔測定ルーチンのコンピュータープログラムを実行することにより時間間隔測定部７１０ｃとして機能する点を除いて、第１実施例の燃料電池システム１０の構成と全く同じである。
【００４９】
Ｃ２．触媒劣化判定ルーチン：
図６は、第２実施例における触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。図７は、第６の触媒劣化判定ルーチンにおける処理について示す説明図である。この触媒劣化判定ルーチンも、電気自動車の起動前は暗電流にて実行される。図示するように、処理が開始されると、ＣＰＵ７１０の触媒劣化判定部７１０ｂは、第１実施例の触媒劣化判定ルーチン（図３参照）と同様に、始動スイッチ７４０がオン状態にあるか否か判定する（ステップＳ１００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態でない、すなわちオフ状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１１０の処理を繰り返して、始動スイッチ７４０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。なお、始動スイッチ７４０がオン状態となった場合には、第１実施例の場合と同様に、別途、電池出力制御部７１０ａによって燃料電池１００が起動される。電池出力制御部７１０ａは、第１実施例の場合と同様に、まず、アクセル７５０がオン状態となって燃料電池１００のモータ６３０を駆動するための通常の発電制御を実行して通常の発電を開始するまで、待機制御を実行する。そして、アクセル７５０がオン状態となった場合には、通常の発電を開始する。
【００５０】
ステップＳ１００で、始動スイッチ７４０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機制御時間間隔t０として、図４（Ａ），図７（Ａ）に示すように、ガス供給のオンとオフの繰り返し時間間隔（以下、「待機制御時間間隔」と呼ぶ）を測定し（ステップＳ１１０ｂ）、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出する（ステップＳ１２０ｂ）。なお、待機制御時間間隔の測定は、電池出力制御部７１０ａによって実行されるガス供給のオンの指示タイミングの間隔を、例えば、図示しないタイマーを用いて計測することにより測定することができる。また、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒの算出は、下記のように実行される。なお、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒが本発明の許容時間間隔に相当する。
【００５１】
上記のようなガス供給のオンとオフを繰り返す間欠的な制御時における燃料電池セル中のガス量をＶｃとすると、始動直後の初期待機制御時間間隔ｔｔ０は、初期待機電流値ｉｔ０ｉを用いて下式（８）のように表される。
ｔｔ０＝Ｖｃ／ｉｔ０ｉ
＝Ｖｃ・｛ｋ・θｔ０・ｅｘｐ［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・ＥＨ］｝−１ ・・・（８）
同様に、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒは、上記（６）式の判定基準電流値ｉｔｒｉおよび上記（８）式の初期待機制御時間間隔ｔｔ０を用いて下式（９）のように表される。
ｔｔｒ＝Ｖｃ／ｉｔｒｉ
＝Ｖｃ／｛ｉｔ０ｉ・exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］｝
＝（Ｖｃ／ｉｔｒｉ）・｛１／exp［（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］｝
＝ｔｔ０・exp［−（α・ｎ・Ｆ／ＲＴ）・Δη］ ・・・（９）
従って、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定すれば、上記（９）式から判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出することが可能である。
なお、例えば、Δη＝−５ｍＶ，α＝０．５，ｎ＝４，Ｆ＝９．６４８５３×１０４Ｃｍｏｌ−１，Ｒ＝８．３１４４７ＪＫ−１ｍｏｌ−１，Ｔ＝３５３Ｋ（＝８０℃）とすると、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒは、上記した（９）式を用いて、下式（１０）のように表される。
ｔｔｒ≒１．３８・ｔｔ０ ・・・（１０）
従って、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定すれば、上記（１０）式から判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出することができる。
【００５２】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始したか否か判定する（ステップＳ１３０）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１３０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００５３】
ステップＳ１３０で、アクセル７５０がオン状態にあると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって待機制御が開始されたか否か判定する（ステップＳ１４０）。ここで、アクセル７５０がオフ状態となっていない、すなわちオン状態のままで待機制御状態とはなっていないと判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１４０の処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によってオフ状態とされるのを待つ。
【００５４】
ステップＳ１４０で、アクセル７５０がオン状態からオフ状態となって待機制御が開始されていると判定した場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、待機制御時間間隔ｔｔを測定する（ステップＳ１５０ｂ）。
【００５５】
そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、測定した待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きいか否か判定する（ステップＳ１６０ｂ）。ここで、図７（Ｂ）に示すように、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きいと判定した場合には、触媒劣化時状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理が必要であると判断して触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。
【００５６】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機制御時間間隔ｔｔ０を測定し（ステップＳ１８０ｂ）、判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒを算出しなおす（ステップＳ１９０ｂ）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあるか否か判定する（ステップＳ２００）。ここで、始動スイッチ７４０がオン状態からオフ状態に変化した状態にあると判定されたときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、先頭のステップＳ１００へ戻って、ステップＳ１００の処理から各処理を実行する。一方、始動スイッチ７４０がオフ状態ではなく、オン状態のままである場合には、ステップＳ１３０へ戻って、ステップＳ１３０の処理から各処理を実行する。
【００５７】
ステップＳ１６０ｂにおいて、図７（Ｂ）に示すように、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒより大きい状態でない、すなわち、待機制御時間間隔ｔｔが判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒ以下であると判定した場合には、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理は不要であると判断し、上記したステップＳ２００の処理を実行する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例では、モータ６３０への燃料電池からの電力の供給を停止し、燃料電池１００のセル電圧が、下限電圧値ＥＬから上限電圧値ＥＨまでの間を保つように、アノードガス供給部２００およびカソードガス供給部３００によるガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御が実行されている待機制御時において、ガス供給の実行と停止の繰り返しの時間間隔（待機制御時間間隔）ｔｔが、予め設定されている許容降下電圧値Δηに基づいて、上記（９）式から求められる判定基準待機制御時間間隔ｔｔｒよりも大きくなっているか否か判定することにより、触媒劣化状態が許容範囲内にあるか許容範囲を超えているか判定することができる。これにより、従来技術のＣＶの測定に比べて、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることが可能であり、また、酸化による触媒電極の劣化状態を簡便に判定することが可能である。そして、触媒劣化状態が許容範囲を超えている場合には、触媒活性化処理を実行することにより、触媒電極の劣化状態を回復させることが可能である。
【００５９】
Ｄ．第３実施例：
図８は、第３実施例における触媒劣化判定ルーチンの一部を示すフローチャートである。図８は、図３に示した第１実施例における触媒劣化判定ルーチンステップＳ１６０とステップＳ１７０との間に、ステップＳ１６２ｃの処理が追加されており、また、ステップＳ１６０とステップＳ２００との間に、ステップＳ１６４ｃの処理が追加されたものである。
【００６０】
ステップＳ１６０において、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さいと判定した場合には、第１実施例において説明したように、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも大きくなり、媒劣化状態が許容範囲を超えていると考えられるので、触媒活性化処理が必要であると判断される。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなったか否か判定する（ステップＳ１６２ｃ）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１６２ｃの処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００６１】
ステップＳ１６２ｃで、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなった場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、触媒活性化処理を実行する（ステップＳ１７０）。なお、ＣＰＵ７１０の電池出力制御部７１０ａによるモータ６３０への電力を供給するための通常の発電制御は、この触媒活性化処理の後で開始される。
【００６２】
触媒活性化処理の実行後、触媒劣化判定部７１０ｂは、初期待機電流値ｉｔ０ｉとして、活性化処理後の待機制御時におけるセル電圧が上限電圧値ＥＨとなっているときの出力電流を測定し（ステップＳ１８０）、判定基準電流値ｉｔｒｉを算出しなおす（ステップＳ１９０）。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ２００の処理を実行する。
【００６３】
ステップＳ１６０において、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉより小さい状態でない、すなわち、待機電流値ｉｔｉが判定基準電流値ｉｔｒｉ以上であると判定した場合には、第１実施例において説明したように、電流値ｉｔ０ｉに対応する電圧降下値ΔＥが許容降下電圧値Δηよりも小さく、触媒劣化状態が許容範囲内であると考えられるので、触媒活性化処理は不要であると判断される。そして、触媒劣化判定部７１０ｂは、アクセル７５０がオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始するタイミングとなったか否か判定する（ステップＳ１６４ｃ）。ここで、アクセル７５０がオン状態でない、すなわちオフ状態であり、待機制御状態であると判定したときには、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ１６４ｃの処理を繰り返して、アクセル７５０が操作者によって操作されてオン状態となるのを待つ。
【００６４】
ステップＳ１６４ｃで、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための発電を開始するタイミングとなった場合には、触媒劣化判定部７１０ｂは、ステップＳ２００の処理を実行する。なお、このとき、ＣＰＵ７１０の電池出力制御部７１０ａによって、モータ６３０への電力を供給するための通常の発電制御が開始される。
【００６５】
第１実施例および第２実施例では、触媒活性化処理のタイミングに制限はなく、触媒活性化処理が必要と判断された時点で実行される。待機制御時においては、燃費と触媒劣化の観点から発電特性は悪い方が望ましく、通常の運転時、すなわち、モータ６３０への電電力を供給するための発電時においては、発電特性は良い方が望ましい。このため、待機制御の開始直前あるいは待機制御中に触媒活性化処理が実行されてしまうと、発電特性が良くなってしまい、無座に燃料の消費や触媒の劣化を促進させることになる。一方、本実施例では、上記したように、アクセル７５０がオフ状態からオン状態となってモータ６３０への電力を供給するための通常の発電を開始するタイミングとなった場合に、その発電制御の開始前に、触媒活性化処理を実行している。従って、効率の良い最適なタイミングで触媒活性化処理を実行することができる。
【００６６】
なお、本実施例は、第１実施例の触媒劣化判定ルーチンに基づいて、触媒活性化処理のタイミングについて説明したが、第２実施例の触媒劣化判定ルーチンにも適用可能である。
【００６７】
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る。
【００６８】
Ｅ１．変形例１：
上記第１実施例では、ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す待機制御時の待機電流により触媒劣化の判定を行う場合を例に説明したが、発明の基本概念で示したように、燃料電池セルの電圧が所定の電圧値、例えば所定の上限電圧値となるように、ガスの供給が制御されている待機制御時の待機電流により触媒劣化の判定を行うようにしてもよい。
【００６９】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、車両に搭載される燃料電池システムを例に示しているが、車両のみならず、二輪車や船舶、飛行機、ロボット等の種々の移動体に適用可能である。また、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池システム
１０Ｂ…燃料電池システム
１００…燃料電池
２００…アノードガス供給部
２１０…水素ガスタンク
２２０…アノードガス供給流路
２２２…開閉バルブ
２２４…レギュレータ
２２６…水素供給部
２３０…アノードガス循環流路
２３２…水素ガスポンプ
２３４…気液分離部
２３６…排気排水バルブ
２３８…排出流路
３００…カソードガス供給部
３１０…吸気口
３２０…コンプレッサ
３３０…カソードガス供給流路
３４０…カソードオフガス排出流路
３４２…背圧調整バルブ
３５０…排気口
３６０…加湿部
４００…冷却装置
４１０…冷却部
４２０…冷媒供給流路
４３０…冷媒排出流路
５００…モニター部
５１０…セル電圧モニター
５２０…電圧センサー
５３０…電流センサー
６００…電力制御部
６１０…二次電池
６２０…二次電池制御部
６３０…モータ
６４０…モータ制御部
７００…制御部
７１０…ＣＰＵ
７１０ａ…電池出力制御部
７１０ｂ…触媒劣化判定部
７１０ｃ…時間間隔測定部
７２０…メモリ
７３０…入出力部
７４０…始動スイッチ
７５０…アクセル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、
前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、
前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、
を備え、
前記触媒劣化判定部は、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記出力状態測定部により測定した前記燃料電池の出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する
ことを特徴と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、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、
前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、
前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給が制御されている制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池システムであって、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、
前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、
前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、
前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する時間間隔測定部と、
前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、
を備え、
前記触媒劣化判定部は、前記待機制御状態において前記時間間隔測定部により測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記電池出力制御部は、前記触媒劣化判定部によって前記触媒電極が劣化していると判定された場合に、前記燃料電池の出力電圧を触媒活性化電圧に低下させる触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記電池出力制御部は、前記待機制御状態から前記負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に前記触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池を備え、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池の制御状態を前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態とする工程と、
前記待機制御状態において前記燃料電池の出力電流値を測定する工程と、
測定した出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する工程と、
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。
【請求項８】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池の制御状態を、前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態とする工程と、
前記待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する工程と、
測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する工程と、
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。
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、
前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、
前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、
を備え、
前記触媒劣化判定部は、前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記出力状態測定部により測定した前記燃料電池の出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する
ことを特徴と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、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、
前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧値以上上限電圧値以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返す制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部を備え、
前記待機制御状態は、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の上限電圧値となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給が制御されている制御状態であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池システムであって、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、
前記燃料電池の出力状態を制御する電池出力制御部と、
前記燃料電池の出力状態を測定する出力状態測定部と、
前記電池出力制御部による前記燃料電池の制御状態が、前記出力状態測定部により測定される前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する時間間隔測定部と、
前記触媒電極の劣化状態を判定する触媒劣化判定部と、
を備え、
前記触媒劣化判定部は、前記待機制御状態において前記時間間隔測定部により測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記電池出力制御部は、前記触媒劣化判定部によって前記触媒電極が劣化していると判定された場合に、前記燃料電池の出力電圧を触媒活性化電圧に低下させる触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記電池出力制御部は、前記待機制御状態から前記負荷に対する電力の供給制御状態に移行する際に前記触媒活性化制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池を備え、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池の制御状態を前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態とする工程と、
前記待機制御状態において前記燃料電池の出力電流値を測定する工程と、
測定した出力電流値が、予め設定された出力電流の許容電流値よりも低い場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する工程と、
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。
【請求項８】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
電解質膜の両側に触媒電極が形成された燃料電池セルを１つ以上有する燃料電池と、
前記燃料電池に発電用のガスとして燃料ガスおよび酸化ガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池の制御状態を、前記燃料電池セルの電圧が所定の下限電圧以上上限電圧以下となるように、前記ガス供給部による前記ガスの供給の実行と停止を間欠的に繰り返し、前記燃料電池システムの負荷に対する電力の供給を停止する待機制御状態とする工程と、
前記待機制御状態において、前記ガスの供給の実行と停止の間欠的な繰り返しの時間間隔を測定する工程と、
測定した時間間隔が、予め設定された許容時間間隔よりも大きい場合に、前記触媒電極が劣化していると判定する工程と、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１９１６５（Ｐ２０１２−１１９１６５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７９５３（Ｐ２０１０−２６７９５３）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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