JP2024092079A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】エアベアリングの故障前にユーザーに交換を促すことができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムであって、前記燃料電池システムは、燃料電池、酸化剤ガス系、及び、制御部を有し、前記酸化剤ガス系は、エアコンプレッサを有し、前記エアコンプレッサは、エアベアリングを有し、前記制御部は、前記エアベアリングの所定の第１摩耗量から算出される余寿命の第１閾値を予め記憶し、前記制御部は、前記エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントし、前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値未満の場合に前記制御部は、ユーザーへの報知を実行することを特徴とする燃料電池システム。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）等の商品性向上を実現するための燃料電池システムが検討されている。
例えば特許文献１では、エアコンプレッサにエアベアリングを搭載した燃料電池システムが開示されている。

特開２０２２－１２８８１７号公報

燃料電池（以下ＦＣと称する場合がある）に空気を送り込むために、エアコンプレッサ（以下ＡＣＰと称する場合がある）が利用されている。ＡＣＰの軸受にはオイル流入によるＦＣスタック劣化を防ぐため、エアベアリングを使用するのが主流となっている。エアベアリングはある程度回転数が上がらないと、浮上せずに摩耗が進行する。ＦＣシステムのＯＮ－ＯＦＦ時に必ずＡＣＰはエアベアリング浮上回転数以下を経験するため、エアベアリングは必ず摩耗する。ＦＣシステムはＦＣスタック劣化回避及び燃費確保のために、バッテリの満ＳＯＣ（充電状態値）の状態の時のアイドル運転時にＡＣＰをエアベアリング浮上回転数以下で運転する場合があり、エアベアリングの摩耗が進行する。浮上回転数以下の運転が多い場合、早期に故障する虞がある。エアベアリングは、ある程度摩耗すると突然故障する場合があり、部品交換に伴うダウンタイムが生じる。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、エアベアリングの故障前にユーザーに交換を促すことができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。

本開示の燃料電池システムは、燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池、酸化剤ガス系、及び、制御部を有し、
前記酸化剤ガス系は、エアコンプレッサを有し、
前記エアコンプレッサは、エアベアリングを有し、
前記制御部は、前記エアベアリングの所定の第１摩耗量から算出される余寿命の第１閾値を予め記憶し、
前記制御部は、前記エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントし、
前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値未満の場合に前記制御部は、ユーザーへの報知を実行することを特徴とする。

本開示の燃料電池システムは、前記制御部は、前記エアベアリングの前記第１摩耗量よりも少ない第２摩耗量から算出される余寿命の第２閾値を予め記憶し、
前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値以上且つ前記第２閾値未満の場合に前記制御部は、通常運転モードから保護運転モードへ切り替えてもよい。

本開示の燃料電池システムによれば、エアベアリングの故障前にユーザーに交換を促すことができる。

本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。 エアベアリング浮上回転数以下での回転積算値とエアベアリングの摩耗量との関係の一例を示すグラフである。 本開示の燃料電池システムの制御部が行う制御の一例を示すタイムチャートである。 本開示の燃料電池システムの制御部が行う第３保護運転モードの一部の一例を示すタイムチャートである。

以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない燃料電池システムの一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本明細書において数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また、数値範囲における上限値と下限値は任意の組み合わせを採用できる。

本開示の燃料電池システムは、燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池、酸化剤ガス系、及び、制御部を有し、
前記酸化剤ガス系は、エアコンプレッサを有し、
前記エアコンプレッサは、エアベアリングを有し、
前記制御部は、前記エアベアリングの所定の第１摩耗量から算出される余寿命の第１閾値を予め記憶し、
前記制御部は、前記エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントし、
前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値未満の場合に前記制御部は、ユーザーへの報知を実行することを特徴とする。

本開示の燃料電池システムは、エアベアリングの最低浮上回転数以下の回転を積算し、摩耗量を推定することで、余寿命を予測する。また、余寿命がある閾値未満になったときに、エアベアリングを保護する制御を実施したり、エアベアリングの故障前にユーザーに部品交換を促したりするものである。エアベアリングの故障前にユーザーに部品交換を促すことで、他部品との同時交換ができる。また、本開示によれば、定期点検時にエアベアリングを交換することができ、ダウンタイムを無くすことができる。
本開示の燃料電池システムによれば、エアベアリングの故障前にユーザーに交換を促すことができる。本開示の燃料電池システムによれば、運転モードを通常運転モードから保護運転モードに切り替え、燃費の悪化及びＦＣの劣化等を許容することで、エアベアリングの寿命を長くすることができる。

図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。
図１に示す燃料電池システムは、ＦＣスタックと、酸化剤ガス系と、図示しない制御部を備える。
酸化剤ガス系は、酸化剤ガス供給流路上にＡＣＰ、冷却器（ＩＣ）及び入口封止弁と、酸化剤オフガス排出流路上に調圧弁と、バイパス流路上にバイパス弁と、を有する。酸化剤ガス系には、流量センサＱと圧力センサＰが設けられている。
図１においては、便宜のため燃料ガス系、冷却系の記載は省略する。また矢印で示すＱ_ＦＣはＦＣスタックに供給される酸化剤ガス流れを示す。

本開示の燃料電池システムは、燃料電池、酸化剤ガス系、及び、制御部を有する。
本開示の燃料電池システムは、車両等の移動体に搭載されて用いられてもよい。また、本開示の燃料電池システムは、外部に電力を供給する発電機に搭載されて用いられてもよい。
車両は、燃料電池車両等であってもよい。車両以外の移動体としては、例えば、鉄道、船舶、航空機等が挙げられる。
また、本開示の燃料電池システムは、二次電池の電力でも走行可能な車両等の移動体に搭載されて用いられてもよい。
移動体は、本開示の燃料電池システムを備えていてもよい。移動体は、モーター、インバーター、ハイブリッド制御用システム等の駆動ユニットを有していてもよい。
ハイブリッド制御用システムは、燃料電池の出力と、二次電池の電力を併用して移動体を走行させることができるものであってもよい。

燃料電池は、単セルを１つのみ有するものであってもよいし、単セルを複数個積層した積層体である燃料電池スタック（ＦＣスタック、スタック等と称する場合がある）であってもよい。単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよい。

燃料電池の単セルは、通常、膜電極ガス拡散層接合体を備える。
膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。

カソード（酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有する担体等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属は担体上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持した担体（触媒担持担体）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するための担体は、例えば、一般に市販されているカーボンなどの炭素材料等が挙げられる。

カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。

電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。

単セルは、必要に応じて膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。２枚のセパレータは、一方がアノード側セパレータであり、もう一方がカソード側セパレータである。本開示では、アノード側セパレータとカソード側セパレータとをまとめてセパレータという。
セパレータは、反応ガス及び冷却媒体等の流体を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔等のマニホールドを構成する孔を有していてもよい。
冷却媒体としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液等の冷却水を用いることができる。また、冷却媒体としては、冷却用の空気を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷却媒体供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷却媒体排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷却媒体流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。

燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷媒入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷媒出口マニホールド等が挙げられる。

本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガスであり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガスである。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスであり、酸素、空気、及び、乾燥空気等であってもよい。

燃料電池システムは、酸化剤ガス系を備える。
酸化剤ガス系は、エアコンプレッサを有し、必要に応じて、酸化剤ガス供給流路、酸化剤オフガス排出流路、バイパス流路等を備えていてもよい。

エアコンプレッサは、エアベアリングを有し、通常、さらにロータ及び、ハウジングを備える。エアコンプレッサは、制御部と電気的に接続される。エアコンプレッサは、制御部からの制御信号に従ってそのロータの回転数が制御される。エアコンプレッサは、酸化剤ガス供給流路に配置されてもよい。

酸化剤ガス供給流路は、燃料電池システムの外部と燃料電池のカソード入口とを接続する。酸化剤ガス供給流路は、エアコンプレッサから燃料電池のカソードへの酸化剤ガスの供給を可能にする。カソード入口は、酸化剤ガス供給孔、カソード入口マニホールド等であってもよい。酸化剤ガス供給流路には、エアコンプレッサの下流に入口封止弁が配置されてもよい。
入口封止弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって入口封止弁が開くことにより、酸化剤ガスを燃料電池のカソードへ供給する。また、入口封止弁の開度を調整することにより、カソードに供給される酸化剤ガスの流量を調整してもよい。

酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池のカソード出口と燃料電池システムの外部とを接続する。酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池のカソードから排出される酸化剤ガスである酸化剤オフガスの燃料電池システムの外部への排出を可能にする。カソード出口は、酸化剤ガス排出孔、カソード出口マニホールド等であってもよい。酸化剤オフガス排出流路には、調圧弁が配置されてもよい。
調圧弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって調圧弁が開くことにより、反応済みの酸化剤ガスである酸化剤オフガスを酸化剤オフガス排出流路から燃料電池システムの外部へ排出する。また、調圧弁の開度を調整することにより、カソードに供給される酸化剤ガス圧力（カソード圧力）を調整してもよい。なお、酸化剤オフガスは、酸化剤ガスの成分と同じであってもよく、酸素、空気、及び、乾燥空気等であってもよく、水蒸気等が含まれていてもよい。

バイパス流路は、酸化剤ガス供給流路と酸化剤オフガス排出流路を接続し、燃料電池を迂回する。バイパス流路は、酸化剤ガス供給流路のエアコンプレッサの下流の分岐部で酸化剤ガス供給流路から分岐し、燃料電池を迂回し、酸化剤オフガス排出流路の調圧弁の下流の合流部で酸化剤オフガス排出流路と合流する。
バイパス流路には、バイパス弁が配置されてもよい。バイパス弁は、開度を調節可能なバルブであってもよく、酸化剤ガス用三方弁であってもよい。酸化剤ガス用三方弁の場合は、バイパス流路の最上流である分岐部に配置してもよく、入口封止弁を兼ねる。
バイパス弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によってバイパス弁が開くことにより、燃料電池を迂回して酸化剤ガスの少なくとも一部を酸化剤オフガス排出流路に供給することができる。バイパス弁が酸化剤ガス用三方弁の場合は、燃料電池への酸化剤ガスの供給が不要な場合等に、酸化剤ガスの流れが酸化剤ガス供給流路からバイパス流路になるように制御部によってバイパス弁の酸化剤ガス供給流路下流側の弁を閉じ、バイパス流路側の弁を開くことにより、酸化剤ガスの全量を酸化剤オフガス排出流路に供給することができる。

酸化剤ガス系は、酸化剤ガス供給流路のエアコンプレッサの下流に冷却器（インタークーラ）を備えていてもよい。冷却器は、酸化剤ガス供給流路の酸化剤ガス供給部の下流且つバイパス流路との分岐点の上流に配置されていてもよい。
冷却器は、冷却系の冷却媒体を冷却器内外で循環させることにより冷却機能を発現するものであってもよい。

燃料電池システムは、燃料ガス系を備えていてもよい。
燃料ガス系は、燃料電池に燃料ガスを供給する。
燃料ガス系は燃料ガス供給部、燃料ガス供給流路、燃料オフガス排出流路等を備えていてもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、及び、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部と燃料電池のアノード入口とを接続する。燃料ガス供給流路は、燃料電池のアノードへの水素を含む燃料ガスの供給を可能にする。アノード入口は、燃料ガス供給孔、アノード入口マニホールド等であってもよい。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池のアノード出口と燃料電池システムの外部とを接続する。アノード出口は、燃料ガス排出孔、アノード出口マニホールド等であってもよい。
燃料オフガスは、アノードにおいて未反応のまま通過した燃料ガス及び、カソードで生成した生成水がアノードに到達した水分等を含んでいてもよい。燃料オフガスは、触媒層及び電解質膜等で生成した腐食物質及び、掃気時にアノードに供給されてもよい酸化剤ガス等を含む場合がある。

燃料電池システムは、冷却系を備えていてもよい。
冷却系は、燃料電池の温度を調節する。
冷却系は、冷却媒体流路を有していてもよい。
冷却媒体流路は、燃料電池内外を冷却媒体が循環することを可能にする。冷却媒体流路は、燃料電池に設けられる冷却媒体供給孔及び冷却媒体排出孔に連通し、冷却媒体を燃料電池内外で循環させることを可能にする。
冷却媒体流路には、冷却媒体供給部が設けられていてもよい。冷却媒体供給部は、制御部と電気的に接続される。冷却媒体供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。制御部は、冷却媒体供給部から燃料電池に供給される冷却媒体の流量を制御する。これにより燃料電池の温度が制御される。冷却媒体供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷却媒体流路には、冷却媒体の熱を放熱するラジエータが設けられていてもよい。
冷却媒体流路には、冷却媒体を蓄えるリザーブタンクが設けられていてもよい。

燃料電池システムは、バッテリを備えていてもよい。
バッテリ（二次電池）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、エアコンプレッサ等に電力を供給する。二次電池は、例えば、家庭用電源等の車両の外部の電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。二次電池の充放電は、制御部によって制御されてもよい。

制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、及び、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の制御装置であってもよい。
制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。制御部はイグニッションスイッチが切られていても外部電源により動作可能であってもよい。

（第１実施形態）
本開示においては、エアコンプレッサのエアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントし、事前に実験で得た近似式で、エアベアリングの摩耗量を推定し、エアベアリングの余寿命を予測する。

制御部は、エアベアリングの所定の第１摩耗量から算出される余寿命の第１閾値を予め記憶する。制御部は、エアベアリングの所定の第１摩耗量とエアベアリングの余寿命との関係を示す第１データ群を予め記憶していてもよく、第１閾値は、第１データ群に基づいて設定してもよい。

制御部は、エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントする。
制御部は、エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントする手段を備えていてもよい。回転積算値は、エアコンプレッサのエアベアリングの浮上回転数以下の回転が生じた回数又は時間の積算値である。
エアコンプレッサの回転数を推測または実測する手段としては、例えば以下の方法等が挙げられる。
ＡＣＰから供給される酸化剤ガスの流量とＡＣＰから供給される酸化剤ガスの過給圧から回転数を推定する方法、ＡＣＰに直接、レゾルバ等のセンサを搭載し、回転数をカウントする方法、ＡＣＰの消費電力とＡＣＰから供給される酸化剤ガスの過給圧から回転数を推定する方法、ＡＣＰの消費電力とＡＣＰから供給される酸化剤ガス流量から回転数を推定する方法等が挙げられる。
燃料電池システムは、温度センサ、流量センサ、圧力センサ、電力センサ等を備えていてもよい。
ＡＣＰから供給される酸化剤ガスの流量は、流量センサを設けて測定してもよい。ＡＣＰから供給される酸化剤ガスの過給圧は、圧力センサを設けて測定してもよい。ＡＣＰの消費電力は、電力センサを設けて測定してもよい。

回転積算値に基づいて求めたエアベアリングの余寿命が第１閾値未満の場合に制御部は、ユーザーへの報知を実行する。
図２は、エアベアリング浮上回転数以下での回転積算値とエアベアリングの摩耗量との関係の一例を示すグラフである。
エアベアリングの余寿命は、図２に示すような、エアベアリング浮上回転数以下での回転積算値とエアベアリングの摩耗量との関係を示すデータ群と、エアベアリングの摩耗量とエアベアリングの余寿命との関係を示すデータ群を予め制御部が記憶し、カウントした回転積算値からエアベアリングの摩耗量を算出し、エアベアリングの摩耗量からエアベアリングの余寿命を算出してもよい。
制御部は、回転積算値に基づいて求めたエアベアリングの余寿命が第１閾値未満の場合にユーザーへ報知する手段を備えていてもよい。当該手段としては、警告灯の点灯などが挙げられる。

（第２実施形態）
本開示においては、エアベアリングの余寿命がある程度少なくなった時に、通常の運転モードからエアベアリングを保護する保護運転モードに切り替えてもよい。

制御部は、エアベアリングの第１摩耗量よりも少ない第２摩耗量から算出される余寿命の第２閾値を予め記憶してもよい。制御部は、エアベアリングの所定の第２摩耗量とエアベアリングの余寿命との関係を示す第２データ群を予め記憶していてもよく、第２閾値は、第２データ群に基づいて設定してもよい。余寿命の第２閾値は、第１閾値よりも大きければよく、許容可能な燃費の悪化の程度と燃料電池の劣化の程度を考慮して適宜設定してもよい。

図３は、本開示の燃料電池システムの制御部が行う制御の一例を示すタイムチャートである。
回転積算値に基づいて求めたエアベアリングの余寿命が第１閾値以上且つ第２閾値未満の場合に制御部は、通常運転モードから保護運転モードへ切り替えてもよい。
保護運転モードは、バッテリの充電時には、ＦＣは通常運転で発電し、バッテリの放電時には、ＦＣの発電量を減らすか又は発電を停止する、間欠運転モードであってもよい。保護運転モードとしては、第１保護運転モード、第２保護運転モード、第３保護運転モード等が挙げられる。

第１保護運転モードは、バッテリが所定のＳＯＣ上限値である満ＳＯＣ状態まで充電している間は、通常通りＦＣを運転し、バッテリが満ＳＯＣ状態まで充電されたら、バッテリのＳＯＣが所定の下限値になるまでは、バッテリの電力で運転しながら、ＦＣは自己収支が０となるように発電する自己収支０発電モードである。第１保護運転モードでは、バッテリの放電中は、エアベアリングの浮上回転数以上でＡＣＰを回し、所定量の酸化剤ガスと燃料ガスをＦＣに流し、発電を行う。この際、バイパス弁によりＦＣの発電量とＡＣＰ含む消費電力量がゼロになるように調整する。第１保護運転モードでは、燃費が悪化するが、エアベアリングの寿命を延ばすことができ、且つ、ＦＣの劣化を抑制することができる。

第２保護運転モードは、バッテリの充電時には、ＦＣは通常運転で発電し、バッテリの放電時には、酸化剤ガスと燃料ガスをＦＣに流さずＦＣの発電を停止する０Ｖ間欠運転モードである。第２保護運転モードでは、ＦＣの劣化が促進されるが、エアベアリングの寿命を延ばすことができ、且つ、燃費を向上させることができる。
バッテリが満ＳＯＣの状態で、ＦＣ発電要求がゼロの時にＦＣの発電を停止する間欠運転状態となり、車両のアイドル時や下り坂などのアクセルＯＦＦ運転時等が想定される。

図４は、本開示の燃料電池システムの制御部が行う第３保護運転モードの一部の一例を示すタイムチャートである。
第３保護運転モードは、バッテリの充電時には、ＦＣは通常運転で発電し、バッテリの放電時には、エアベアリングの浮上回転数以下でＡＣＰの起動と停止を繰り返し、極少量の酸化剤ガスを断続的にＦＣに流し且つ燃料ガスをＦＣに流さず、ＦＣの発電は行わない間欠運転モード（本開示においてはふわふわ間欠運転モードと称する場合がある）である。酸化剤ガスにＦＣに流すと酸素分圧が上がりＦＣの電圧が上がる。酸化剤ガスをＦＣに流さないと酸素分圧が下がりＦＣの電圧が下がる。ＦＣの電圧が上がりすぎると触媒に酸化被膜が成長し触媒が劣化する。ＦＣの電圧が下がりすぎると触媒の酸化被膜が消失し触媒が劣化する。極少量の酸化剤ガスを断続的にＦＣに流すことで、ＦＣの触媒が劣化する電圧になることを回避し、ＦＣの触媒が劣化しない範囲の電圧を維持することにより、ＦＣの劣化を抑制することができる。第３保護運転モードでは、エアベアリングの寿命を延ばすことはできないが、ＦＣの劣化を抑制でき、且つ、燃費を向上させることができる。
第３保護運転モードにおいては、エアベアリングの浮上回転数以上でＡＣＰを運転し、ＦＣに流れる酸化剤ガスの流量が極少量且つ断続的に流れるようにバイパス弁の開度を調整することにより制御してもよい。

Claims (2)

1. 燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムは、燃料電池、酸化剤ガス系、及び、制御部を有し、
   前記酸化剤ガス系は、エアコンプレッサを有し、
   前記エアコンプレッサは、エアベアリングを有し、
   前記制御部は、前記エアベアリングの所定の第１摩耗量から算出される余寿命の第１閾値を予め記憶し、
   前記制御部は、前記エアベアリングの浮上回転数以下の回転積算値をカウントし、
   前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値未満の場合に前記制御部は、ユーザーへの報知を実行することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御部は、前記エアベアリングの前記第１摩耗量よりも少ない第２摩耗量から算出される余寿命の第２閾値を予め記憶し、
   前記回転積算値に基づいて求めた前記エアベアリングの余寿命が前記第１閾値以上且つ前記第２閾値未満の場合に前記制御部は、通常運転モードから保護運転モードへ切り替える、請求項１に記載の燃料電池システム。

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