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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022155643
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04858 20160101AFI20221006BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/0444 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20221006BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04858
H01M8/04537
H01M8/0444
H01M8/04746
H01M8/10 101
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021058974
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100191134
【弁理士】
【氏名又は名称】千馬 隆之
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180448
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 亨祐
(72)【発明者】
【氏名】酒井 良次
(72)【発明者】
【氏名】井上 一秀
(72)【発明者】
【氏名】中川 拓人
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA06
5H127AB04
5H127AB29
5H127AC01
5H127BA02
5H127BA22
5H127BA28
5H127BA33
5H127BA39
5H127BA58
5H127BA59
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB34
5H127BB37
5H127BB47
5H127DB04
5H127DB53
5H127DB63
5H127DB69
5H127DC18
5H127DC28
5H127DC44
(57)【要約】
【課題】燃料排ガスをカソード電極の入口側に供給する接続流路の開閉弁を開いて発電電圧が低下した場合であっても、発電電力の変化を防止可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】制御装置１２は、燃料電池スタック１６の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、発電電流指令値を、ブリード弁の開閉に拘わらず、発電電力指令値と電圧センサ９２により取得された発電電圧に基づき（発電電流指令値＝発電電力指令値÷発電電圧）として設定する。
【選択図】図７
【解決手段】制御装置１２は、燃料電池スタック１６の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、発電電流指令値を、ブリード弁の開閉に拘わらず、発電電力指令値と電圧センサ９２により取得された発電電圧に基づき（発電電流指令値＝発電電力指令値÷発電電圧）として設定する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、
前記接続流路を開閉する開閉弁と、
前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、
前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、
前記発電電流指令値を、発電電力指令値と前記電圧取得器により取得された前記発電電圧に基づき設定する
燃料電池システム。
前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、
前記接続流路を開閉する開閉弁と、
前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、
前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、
前記発電電流指令値を、発電電力指令値と前記電圧取得器により取得された前記発電電圧に基づき設定する
燃料電池システム。
【請求項2】
燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、
前記接続流路を開閉する開閉弁と、
前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、
前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、
前記開閉弁を閉弁させているときには、発電電力指令値に基づき発電電流指令値を設定する第１発電制御を行い、
前記開閉弁を開弁させるときには、前記発電電力指令値と前記発電電圧とに基づき前記発電電流指令値を設定する第２発電制御を行う
燃料電池システム。
前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、
前記接続流路を開閉する開閉弁と、
前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、
前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、
前記開閉弁を閉弁させているときには、発電電力指令値に基づき発電電流指令値を設定する第１発電制御を行い、
前記開閉弁を開弁させるときには、前記発電電力指令値と前記発電電圧とに基づき前記発電電流指令値を設定する第２発電制御を行う
燃料電池システム。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記燃料ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する
燃料電池システム。
前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記燃料ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する
燃料電池システム。
【請求項4】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記燃料ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する前に、前記第１発電制御から前記第２発電制御に切り替える
燃料電池システム。
前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記燃料ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する前に、前記第１発電制御から前記第２発電制御に切り替える
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成される。
【0003】
通常、所定数の発電セルが積層されることにより、燃料電池スタックとして、例えば、燃料電池車両（燃料電池電気自動車）等に組み込まれる。
【0004】
この種の燃料電池では、燃料ガスの効率的な利用のために、燃料電池のアノード電極の出口側から排出される燃料排ガス（主に、反応に寄与しなかった燃料ガスと、カソード電極側から電解質膜を透過してくる窒素ガスとからなる。）をアノード電極の入口側から再びアノード電極内に循環させるように構成されている。
【0005】
このように構成した場合、アノード電極内での燃料ガスの濃度が低下する（燃料ガスが欠乏する）ことによる前記電解質膜の劣化、いわゆる膜劣化が懸念される。
この膜劣化の発生を抑制するため、例えば、特許文献１に記載されている技術を用いることができる。
この膜劣化の発生を抑制するため、例えば、特許文献１に記載されている技術を用いることができる。
【0006】
この技術では、燃料電池のアノード電極の出口側から排出される窒素ガスを含む燃料排ガスを、開閉弁付き接続流路の前記開閉弁を開弁して前記カソード電極の入口側に前記接続流路を介して戻しカソード電極に流通させる。この場合、前記カソード電極では、反応に寄与しなかった燃料ガスと外部から前記カソード電極に供給される酸化剤ガスとが触媒反応により反応して水が生成されると共に、生成された水と前記窒素ガスとをカソード電極の出口側から外部に排出するようにしている。
【0007】
これにより、アノード電極側での窒素ガスが増加することを原因とする、アノード電極内に流通する燃料ガスの濃度の低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１９－１１４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、前記接続流路の前記開閉弁を開弁しているとき、前記触媒反応によりカソード電極側の発電に寄与する酸化剤ガスが不足することを原因として前記発電セルの電圧が低下する。
【0010】
このため、発電電流指令値に基づき燃料電池の発電電流を制御している燃料電池システムでは、発電電力が低下してしまうという課題がある。
【0011】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料排ガスをカソード電極の入口側に供給する接続流路の開閉弁を開いて発電電圧が低下した場合であっても、発電電力の変化を回避乃至抑制することを可能とする燃料電池システム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】
【0012】
この発明の一態様に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、前記発電電流指令値を、発電電力指令値と前記電圧取得器により取得された発電電圧に基づき設定する。
【0013】
この発明の他の態様に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、前記開閉弁を閉弁させているときには、発電電力指令値に基づき前記発電電流指令値を設定する第１発電制御を行い、前記開閉弁を開弁させるときには、前記発電電力指令値と前記発電電圧とに基づき前記発電電流指令値を設定する第２発電制御を行う。
【発明の効果】
【0014】
この発明の一態様によれば、開閉弁が開弁され燃料排ガスがカソード電極に流通されて燃料電値の発電電圧が低下した場合であっても、発電電圧の低下に基づき発電電流指令値が増加されるので、発電電力の変化を回避乃至抑制できる。この制御では、制御を変更しないので、制御を簡易化できる。
【0015】
この発明の他の態様によれば、発電中に、カソード電極側からアノード電極に透過する窒素ガスの影響によりアノード電極に流通する燃料ガスの濃度が低下して、燃料排ガス流路と酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路の開閉弁を開弁するときには、発電電力指令値と発電電圧とに基づき発電電流指令値を設定するようにしたので、アノード電極の燃料ガス濃度制御（燃料ガス濃度低下防止制御）を行っても燃料電池の発電電力が変化しない、あるいは変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
この発明に係る燃料電池システムについて実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【0018】
【0019】
燃料電池車両１０は、該燃料電池車両１０全体を制御する制御装置１２と、燃料電池システム１４と、燃料電池システム１４に電気的に接続される出力部２０とから構成される。
【0020】
燃料電池システム１４は、基本的には、燃料電池スタック（単に、燃料電池ともいう。）１６と、水素タンク１８と、酸化剤ガス系デバイス２２と、燃料ガス系デバイス２４とから構成される。
【0021】
酸化剤ガス系デバイス２２には、エアポンプ２６及び加湿器（ＨＵＭ）２８が含まれる。
燃料ガス系デバイス２４には、インジェクタ（ＩＮＪ）３０、エジェクタ（ＥＪＴ）３２、及び気液分離器３４が含まれる。
燃料ガス系デバイス２４には、インジェクタ（ＩＮＪ）３０、エジェクタ（ＥＪＴ）３２、及び気液分離器３４が含まれる。
【0022】
燃料電池スタック１６は、複数の発電セル４０が積層される。発電セル４０は、電解質膜・電極構造体４４と、該電解質膜・電極構造体４４を挟持するセパレータ４５、４６とを備える。
【0023】
電解質膜・電極構造体４４は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜４１と、前記固体高分子電解質膜４１を挟持するカソード電極４２及びアノード電極４３とを備える。
【0024】
カソード電極４２及びアノード電極４３は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されることにより、電極触媒層（図示せず）が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４１の両面に形成される。
【0025】
一方のセパレータ４５の電解質膜・電極構造体４４に向かう面には酸化剤ガス入口連通口１１６と酸化剤ガス出口連通口１０２とを連通するカソード流路（酸化剤ガス流路）４７が形成される。
【0026】
他方のセパレータ４６の電解質膜・電極構造体４４に向かう面には、燃料ガス入口連通口１４６と燃料ガス出口連通口１４８とを連通するアノード流路（燃料ガス流路）４８が形成される。
【0027】
アノード電極４３では、燃料ガスが供給されることにより、触媒による電極反応によって水素分子から水素イオンを生じ、該水素イオンが固体高分子電解質膜４１を透過してカソード電極４２に移動する一方、水素分子から電子が解放される。
【0028】
水素分子から解放された電子は、負極端子８６から出力調整器８０及びモータ８４等の外部負荷を通じ、正極端子８８を介してカソード電極４２に移動する。
【0029】
カソード電極４２では、触媒の作用によって水素イオン及び電子と、供給された酸化剤ガスに含まれる酸素とが反応して水が生成される。
【0030】
正極端子８８と負極端子８６との間には、発電電圧Ｖｆｃを検出する電圧センサ９２が設けられる。さらに、正極端子８８と出力調整器８０の間の配線には、発電電流Ｉｆｃを検出する電流センサ９３が設けられる。
【0031】
エアポンプ２６は、蓄電器８２の電力が供給される図示しないインバータ及びモータにより駆動される機械式の過給器等で構成され、大気（空気）を取り込んで加圧し、加湿器２８に供給する機能を有する。
【0032】
加湿器２８は、酸化剤ガス（乾燥した空気）が流通する流路５２と、燃料電池スタック１６のカソード流路４７からの排出ガス｛湿潤な酸化剤排ガス（ブリード弁１５８の閉弁時）又は該湿潤な酸化剤排ガスに混合される後述する燃料排ガス（ブリード弁１５８の開弁時）｝が、燃料電池スタック１６の酸化剤ガス出口連通口１０２及び管路１０４を通じて流通する流路５４を有する。
【0033】
管路１０４には、該管路１０４に流通する酸化剤ガスの圧力をカソード出口圧力Ｐｃｏ［ｋＰａ］として検出するカソード出口圧力センサ６９が設けられる。
【0034】
加湿器２８は、エアポンプ２６から供給された酸化剤ガスを加湿する機能を有している。すなわち、加湿器２８は、前記排出ガス中に含まれる水分を、多孔質膜を介して供給ガス（酸化剤ガス）に移動させる。
【0035】
エアポンプ２６の吸入口側は、管路１０６、エアフローセンサ（ＡＦＳ）（流量センサ）５６及び管路１０８を通じて大気に連通する。
【0036】
エアフローセンサ５６は、エアポンプ２６から燃料電池スタック１６のカソード流路４７に供給される酸化剤ガスの質量流量Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］を計測して制御装置１２へ出力する。
【0037】
エアポンプ２６の吐出口側は、管路１１０、１１２を通じて加湿器２８の流路５２の一端側に連通する。加湿器２８の流路５２の他端側は、管路である管路１１４（酸化剤ガス供給流路）の一端側に連通し、管路１１４の他端側は、酸化剤ガス入口連通口１１６を通じて燃料電池スタック１６内のカソード流路４７に連通する。
【0038】
管路１１０には、エアポンプ２６から吐出される酸化剤ガスの圧力を酸化剤吐出圧力Ｐｏ［ｋＰａ］として検出する吐出圧圧力センサ６４が設けられる。
【0039】
管路１１４には、該管路１１４に流通する酸化剤ガスの圧力をカソード入口圧力Ｐｃｉ［ｋＰａ］として検出するカソード入口圧力センサ６７が設けられる。
【0040】
加湿器２８の流路５４の吐出側には、管路１１７、１１８を通じて希釈器６６の一方の入口側に連通する。
【0041】
エアポンプ２６の吐出口側の管路１１０は、分岐し、一方は、管路１１２に連通すると共に、他方は、バイパス管路１２０、バイパス弁１２２を介して管路１１８に連通する。
【0042】
管路１１８には、該管路１１８に流通するガスの圧力を希釈入口圧力Ｐｄ［ｋＰａ］として検出する希釈器入口圧力センサ６２が設けられる。
【0043】
水素タンク１８は、電磁作動式の遮断弁を備え、高純度の水素を高い圧力で圧縮して収容する容器である。
【0044】
水素タンク１８から吐出される燃料ガスは、管路１４０、インジェクタ３０、管路１４２、エジェクタ３２、管路１４４（燃料ガス供給流路）を通じ、燃料ガス入口連通口１４６を介して燃料電池スタック１６のアノード流路４８の入口に供給される。
【0045】
管路１４４には、該管路１４４に流通する燃料ガスの圧力をアノード入口圧力Ｐａｉ［ｋＰａ］として検出するアノード入口圧力センサ６８が設けられる。
【0046】
アノード流路４８の出口は、燃料ガス出口連通口１４８、管路１５０（燃料排ガス路）を通じて気液分離器３４の入口１５１に連通され、該気液分離器３４にアノード流路４８から水素含有ガスである燃料排ガス（アノードオフガス）が供給される。
【0047】
管路１５０には、該管路１５０に流通する燃料排ガスの圧力をアノード出口圧力Ｐｏａ［ｋＰａ］として検出するアノード出口圧力センサ７０及び該管路１５０に流通する燃料排ガスの温度をアノード出口温度Ｔｏａ［℃］として検出するアノード出口温度センサ７２が設けられる。
【0048】
気液分離器３４は、前記燃料排ガスを気体成分と液体成分（液水）とに分離する。燃料排ガスの気体成分（燃料排ガス）は、気液分離器３４の気体排出口１５２から排出され、管路１５４を通じてエジェクタ３２に供給される一方、必要時に、ブリード弁１５８が開弁されると、燃料排ガスは、連絡管路１５６（接続流路）、ブリード弁１５８（開閉弁）を介し、酸化剤ガスの管路１１４にも供給される。
【0049】
なお、ブリード弁１５８は、カソード流路４７に存在する窒素ガスが電解質膜・電極構造体４４を透過してアノード流路４８内の水素濃度を低下させることを原因とするアノード電極４３の劣化を防止するために開弁される。すなわち、ブリード弁１５８は、走行時等の通常発電時に、アノード流路４８内の水素濃度が低下したと判断したときに開弁される。
【0050】
酸化剤ガスの管路１１４に供給された燃料排ガスは、管路１１４内でエアポンプ２６から供給される酸化剤ガスと混合されて酸化剤ガス入口連通口１１６を通じて燃料電池スタック１６のカソード流路４７に供給される。
【0051】
カソード流路４７に供給された燃料排ガスの一部は、カソード電極４２の触媒反応により水素イオン化され、該水素イオンは酸化剤ガスと反応して水が生成される。反応しなかった残部の燃料排ガスは酸化剤ガス出口連通口１０２から排出され、管路１０４、流路５４、管路１１７、１１８を通じて希釈器６６から排出される際に、バイパス管路１２０から供給される酸化剤ガスにより希釈され、管路１１８、希釈器６６及び管路１２４を介して燃料電池車両１０の外部（大気）に排出される。
【0052】
前記エジェクタ３２には、その上流側に設けられたインジェクタ３０から管路１４２を介して燃料ガスが供給される。このため、気液分離器３４を介して供給されている燃料排ガス（前記気体成分）は、エジェクタ３２で吸引され燃料ガスと混合された状態で、燃料電池スタック１６の管路１４４を通じ燃料ガス入口連通口１４６を介して燃料電池スタック１６のアノード流路４８に供給される。
【0053】
燃料排ガスの液体成分は、気液分離器３４の液体排出口１６０から管路１６２、ドレン弁１６４、及び管路１６６を通じ、希釈器６６を経て、管路１２４から燃料電池車両１０の外部に排出される。
【0054】
実際上、ドレン弁１６４から管路１６６には、液体成分と共に、一部の燃料排ガスが排出される。この燃料排ガス中の水素ガスを希釈して外部に排出するために、エアポンプ２６から吐出した酸化剤ガスの一部がバイパス管路１２０、管路１１８を通じて希釈器６６に供給されている。
よって、希釈器６６の中で燃料排ガス中の水素ガスが希釈されて外部に排出される。
よって、希釈器６６の中で燃料排ガス中の水素ガスが希釈されて外部に排出される。
【0055】
燃料電池スタック１６は、該燃料電池スタック１６に設けられた冷却媒体流路（不図示）に、冷却媒体を供給・排出するための冷却媒体供給流路７４ａ及び冷却媒体排出流路７４ｂがさらに付設されている。冷却媒体排出流路７４ｂに温度センサ７６が設けられ、該温度センサ７６は、燃料電池スタック１６の温度として冷却媒体排出流路７４ｂに流れる冷却媒体の温度Ｔｗ［℃］を測定する。
【0056】
制御装置１２は、ＣＰＵ（不図示）、記憶部（ＲＯＭとＲＡＭ）等を備えるマイクロコンピュータを含んでＥＣＵ（電子制御ユニット）として構成される。
【0057】
記憶部には、当該燃料電池車両１０及び燃料電池システム１４の制御プログラム等が記憶される。
【0058】
制御装置１２のＣＰＵは、前記制御プログラムに従って演算を実行することで、燃料電池車両１０及び燃料電池システム１４の運転制御を行う。
【0059】
運転制御を行うために、制御装置１２には、図示しないアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサからのアクセル開度θａ、図示しない車速センサからの車速Ｖｓ、蓄電器８２のＳＯＣ（残容量）を検出するＳＯＣセンサ８３からのＳＯＣ等に基づき出力調整器８０を通じて燃料電池スタック１６の発電電力と蓄電器８２の電力供給割合を調整しモータ８４を駆動制御する。
【0060】
また、モータ８４を駆動制御する際に、制御装置１２は、前記発電電力の供給割合に基づき、吐出圧圧力センサ６４等の圧力センサ、及び温度センサ７６等の温度センサの他、各種センサから受けた検出信号に基づき、酸化剤ガス系デバイス２２及び燃料ガス系デバイス２４を構成する各構成要素を駆動制御することで燃料電池システム１４の発電制御を行う。
【0061】
図２Ａに示すように、制御装置１２は、燃料電池スタック１６の発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍ及び発電電圧Ｖｆｃに基づき、出力調整器８０に発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを出力する電流変換器９０としても動作する。
【0062】
制御装置１２は、１つとすることに限らず、燃料電池スタック１６の発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍを決定するエネルギ管理部と、電流変換器９０を有し前記発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍに基づき燃料電池スタック１６の発電制御を行う発電制御部と、モータ８４を駆動制御するモータ制御部等に分ける等、２以上に分けても良い。
【0063】
[動作]
次に、基本的には以上のように構成される燃料電池システム１４の動作について、［１］燃料電池車両１０の走行時等における通常発電中の動作（後述する第２実施例でも同様の動作である。）、［２］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第１実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作、［３］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第２実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作の順に説明する。
次に、基本的には以上のように構成される燃料電池システム１４の動作について、［１］燃料電池車両１０の走行時等における通常発電中の動作（後述する第２実施例でも同様の動作である。）、［２］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第１実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作、［３］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第２実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作の順に説明する。
【0064】
［１］燃料電池車両１０の走行時等における通常発電時の動作の説明
通常発電中（アノード電極４３側での水素濃度がブリード弁１５８を開弁させる必要のない状況である場合の走行中等）の動作について、燃料ガス、酸化剤ガス、及び電力の流れに実線の矢線を付けた図３を参照して、以下に説明する。なお、図３中、破線の矢線は、後述するブリード弁１５８の開弁時における燃料排ガスの流れを示している。
通常発電中（アノード電極４３側での水素濃度がブリード弁１５８を開弁させる必要のない状況である場合の走行中等）の動作について、燃料ガス、酸化剤ガス、及び電力の流れに実線の矢線を付けた図３を参照して、以下に説明する。なお、図３中、破線の矢線は、後述するブリード弁１５８の開弁時における燃料排ガスの流れを示している。
【0065】
通常発電中、ブリード弁１５８は閉弁され、バイパス弁１２２は、主にドレン弁１６４を開弁したときに希釈のために開弁される。
【0066】
酸化剤ガス系デバイス２２側では、制御装置１２の制御下に蓄電器８２の高電圧の電力を動力源として動作するエアポンプ２６から吐出される酸化剤ガスが、管路１１０、１１２、加湿器２８を通って加湿された後、管路１１４を通じて燃料電池スタック１６の酸化剤ガス入口連通口１１６に供給される。
【0067】
なお、加湿器２８は、燃料電池スタック１６の酸化剤ガス出口連通口１０２から管路１０４に排出される湿潤な排出ガスが流通する流路５４から多孔質膜を介して前記排出ガス中の水分を、流路５２を流通する供給ガス（酸化剤ガス）に移動させる。
【0068】
一方、燃料ガス系デバイス２４側では、インジェクタ３０の開弁作用下に、高圧の水素タンク１８から管路１４２に燃料ガス（水素ガス）が供給される。この燃料ガスは、管路（循環路）１５４を通じてエジェクタ３２に吸引された燃料排ガスと混合されてエジェクタ３２を通った後、燃料電池スタック１６の燃料ガス入口連通口１４６に供給される。
【0069】
燃料電池スタック１６内で、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通口１１６から各発電セル４０のカソード流路４７を介してカソード電極４２に供給される。一方、水素ガスは、燃料ガス入口連通口１４６から各発電セル４０のアノード流路４８を介してアノード電極４３に供給される。従って、各発電セル４０では、カソード電極４２に供給される空気中に含まれる酸素ガスと、アノード電極４３に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応（燃料電池反応）により消費されて発電が行われる。
【0070】
次いで、カソード電極４２に供給されて消費された空気からなるカソード排ガス及び反応生成水は、酸化剤ガス出口連通口１０２に排出され、管路１０４、流路５４及び管路１１７を介して、バイパス管路１２０から供給される酸化剤ガスに合流され、管路１１８を介して希釈器６６に供給され、管路１２４を介して燃料電池車両１０の外部に排出される。
【0071】
アノード電極４３に供給されて消費された水素ガスは、燃料排ガス（一部が消費された燃料ガス）として燃料ガス出口連通口１４８に排出される。
【0072】
燃料排ガスは、管路１５０から気液分離器３４に導入されて液体成分（液水）が除去された後、管路１５４を介してエジェクタ３２により吸引され燃料電池スタック１６内での発電反応に供される。
【0073】
複数の発電セル４０が電気的に直列に接続された燃料電池スタック１６により発電された高電圧の発電電圧の電力は、出力調整器８０を介して蓄電器８２に蓄電される。
【0074】
制御装置１２のエネルギ管理部は、燃料電池車両１０のアクセル開度θａ、車速Ｖｓ、蓄電器８２のＳＯＣや図示しない空調装置の設定温度等の負荷状態に応じて燃料電池スタック１６の発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍを決定する。
【0075】
制御装置１２の発電制御部の電流変換器９０は、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと発電電圧Ｖｆｃに基づき、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを算出し、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに対応する発電電流Ｉｆｃが生成されるように、酸化剤ガス系デバイス２２、燃料ガス系デバイス２４及び出力調整器８０を制御する。
【0076】
この場合、燃料電池車両１０は、出力調整器８０の制御下に蓄電器８２及び／又は燃料電池スタック１６の電力によりモータ８４が駆動されることで走行する。
【0077】
［２］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第１実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作の説明
【0078】
図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートによる処理（制御プログラム）を実行するのは制御装置１２（のＣＰＵ）であるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。
【0079】
ステップＳ１にて、アクセル開度θａ、車速Ｖｓ、及びＳＯＣに基づき燃料電池スタック１６で発生すべき発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍを算出する。
【0080】
ステップＳ２にて、電圧センサ９２により発電電圧Ｖｆｃを取得する。
【0081】
ステップＳ３にて、制御装置１２の電流変換器９０は、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと発電電圧Ｖｆｃとに基づき、（１）式を参照して、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを算出する。
Ｉｆｃｃｏｍ＝Ｐｆｃｃｏｍ÷Ｖｆｃ …（１）
Ｉｆｃｃｏｍ＝Ｐｆｃｃｏｍ÷Ｖｆｃ …（１）
【0082】
ステップＳ４にて、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに基づき電流センサ９３で検出される発電電流ＩｆｃをＩｆｃ＝Ｉｆｃｃｏｍとする燃料電池スタック１６の発電制御を行う。
【0083】
次いで、ステップＳ５にて、アノード流路４８に流通する燃料ガス（水素）の濃度を推定する。
【0084】
この場合、カソード入口圧力センサ６７からカソード入口圧力Ｐｃｉを取得すると共に、アノード入口圧力センサ６８からアノード入口圧力Ｐａｉを取得し、さらに、温度センサ７６により冷却媒体の温度Ｔｗを取得する。冷却媒体の温度Ｔｗは、燃料電池スタック１６の（内部）温度、すなわちアノード流路４８内の燃料ガス（水素）の温度に略等しい。
【0085】
そして、この冷却媒体の温度Ｔｗと、カソード入口圧力Ｐｃｉとアノード入口圧力Ｐａｉとに基づき、カソード電極４２側からアノード電極４３側への窒素の透過量を推定することで、アノード流路４８中の燃料ガス（水素）の濃度を推定する。なお、水素濃度は、管路１４４及び／又は管路１５０に水素濃度センサを設けて計測してもよい。
【0086】
次いで、推定した水素濃度に基づき、ステップＳ６～Ｓ９にて、ブリード弁１５８の開閉制御を行う。
【0087】
【0088】
燃料電池スタック１６では、アノード電極４３の燃料ガスの濃度が所定濃度（図５では閾値Ｂ）より低下する（燃料ガスが欠乏する）と、固体高分子電解質膜４１が劣化するので、ステップＳ６にて、水素濃度が閾値Ｂ未満になったか否かが判定される。
【0089】
ステップＳ６の水素濃度判定にて、水素濃度が閾値Ｂ未満となった（ステップＳ６：ＹＥＳ）とき、ステップＳ７にて、ブリード弁１５８を開弁する。
ブリード弁１５８を開弁すると、燃料ガス出口連通口１４８から排出される燃料排ガスが、連絡管路１５６を介し、管路１１４を通じ酸化剤ガス入口連通口１１６からカソード流路４７に供給される。
ブリード弁１５８を開弁すると、燃料ガス出口連通口１４８から排出される燃料排ガスが、連絡管路１５６を介し、管路１１４を通じ酸化剤ガス入口連通口１１６からカソード流路４７に供給される。
【0090】
そのため、ブリード弁１５８の開弁中には、図６の「ブリード弁開弁中」側の描画に示すように、カソード流路４７側では、酸化剤ガス量が低下してカソード電極４２側の電位が低下し、発電セル電圧Ｖｃｅｌｌ［Ｖ］が低下する。これにより、燃料電池スタック１６の発電電圧Ｖｆｃが低下する。
【0091】
この第１実施例では、発電電圧Ｖｆｃが低下しても、上記（１）式を参照して説明したように、電流変換器９０の作用下に発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが増加するように制御しているので、発電電圧Ｖｆｃの低下を原因とする発電電力Ｐｆｃの低下を回避、あるいは低下を抑制することができる。
【0092】
また、ブリード弁１５８の開弁中には、インジェクタ３０の燃料ガス吐出量を大きくして、燃料ガス入口連通口１４６から燃料電池スタック１６のアノード流路４８に供給する燃料ガス量を増量して水素濃度の増加を図る。
【0093】
次いで、ステップＳ８にて、燃料電池システム１４の発電効率の低下を抑制するために、アノード流路４８における水素濃度が、閾値Ａ（閾値Ａ＞閾値Ｂ）（図５参照）まで回復したか否かを判定する。
【0094】
水素濃度が閾値Ａまで回復していない（ステップＳ８：ＮＯ）場合、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１～Ｓ５、ステップＳ６：ＹＥＳ、ステップＳ７及びステップＳ８：ＮＯの判定処理までを繰り返す。
【0095】
水素濃度が閾値Ａまで回復した（ステップＳ８：ＹＥＳ）とき、ステップＳ９にてブリード弁１５８を閉弁する。
この場合、図６の「ブリード弁閉弁中」側の描画に示すように、発電セル４０の発電が正常に戻り、発電セル電圧Ｖｃｅｌｌが通常の電圧まで上昇して回復する。
この場合、図６の「ブリード弁閉弁中」側の描画に示すように、発電セル４０の発電が正常に戻り、発電セル電圧Ｖｃｅｌｌが通常の電圧まで上昇して回復する。
【0096】
発電電圧Ｖｆｃが回復した場合、上記（１）式を参照して説明したように、電流変換器９０により発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが減少するように制御されるので、発電電圧Ｖｆｃの回復による上昇を原因とする発電電力Ｐｆｃの変化を回避、あるいは低下を抑制することができる。
【0097】
【0098】
図７のタイムチャートによれば、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍは、時間の経過に係わらず一定値に保持される。
図７に示すように、ブリード弁１５８が開弁されているときに発電電圧Ｖｆｃが低下するが、図４のフローチャートのステップＳ７、ステップＳ８：ＮＯ、ステップＳ１～Ｓ６：ＹＥＳ（図５も参照）及びステップＳ７の順で制御が行われるので、上記（１）式に基づき、その分に対応する分だけステップＳ４にて発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが増加するように制御される。このため、燃料電池スタック１６の実発電電力Ｐｆｃが変動することがない。
図７に示すように、ブリード弁１５８が開弁されているときに発電電圧Ｖｆｃが低下するが、図４のフローチャートのステップＳ７、ステップＳ８：ＮＯ、ステップＳ１～Ｓ６：ＹＥＳ（図５も参照）及びステップＳ７の順で制御が行われるので、上記（１）式に基づき、その分に対応する分だけステップＳ４にて発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが増加するように制御される。このため、燃料電池スタック１６の実発電電力Ｐｆｃが変動することがない。
【0099】
このように第１実施例によれば、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを、電流変換器９０により発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍを発電電圧Ｖｆｃで割った値とするように制御しているため、ブリード弁１５８を開弁してもブリード弁１５８の閉弁中（通常制御中の）発電制御を変更する必要がなく、制御を簡易化することができる。
【0100】
なお、この第１実施例において、ブリード弁１５８を開弁しているときには、燃料排ガス中の燃料ガスがカソード電極４２側での触媒反応により消費しきれなかった分の燃料ガス（窒素も含む）が、図２中、破線の矢印で示すように、酸化剤ガス出口連通口１０２から排出される。
【0101】
酸化剤ガス出口連通口１０２から排出される消費しきれなかった分の燃料ガスは、バイパス弁１２２を開弁して酸化剤ガスが混合されて、希釈器６６及び管路１２４を通じて希釈されて大気に排出される。
【0102】
この際、バイパス弁１２２に流通する酸化剤ガス量分、エアポンプ２６から余分に酸化剤ガスを吐出させる必要があるが、希釈が必要な燃料ガス量がカソード電極４２での電極反応により減少しているので、エアポンプ２６の吐出量の増加を抑制することができる。
結果として、エアポンプ２６のノイズ・振動を原因とする燃料電池車両１０のノイズ・振動に係わる商品性を向上させることができる。
結果として、エアポンプ２６のノイズ・振動を原因とする燃料電池車両１０のノイズ・振動に係わる商品性を向上させることができる。
【0103】
［３］アノード流路４８での水素濃度低下を考慮した第２実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作
図８のフローチャートを参照して、第２実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作について説明する。なお、図８のフローチャートにおいて、図４のフローチャートに示した処理（ステップ）と対応する処理（ステップ）には同一のステップ番号を付与し、その詳細な説明は省略する。
第２実施例では、第１実施例での図１中の電流変換器９０が、図２Ｂの模式的ブロック図に示すように、図２Ａを参照して説明した電流変換器９０及び電力・電流変換マップ９１を含む電流変換器９０Ａに代替される。
図８のフローチャートを参照して、第２実施例に係る発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍの設定動作について説明する。なお、図８のフローチャートにおいて、図４のフローチャートに示した処理（ステップ）と対応する処理（ステップ）には同一のステップ番号を付与し、その詳細な説明は省略する。
第２実施例では、第１実施例での図１中の電流変換器９０が、図２Ｂの模式的ブロック図に示すように、図２Ａを参照して説明した電流変換器９０及び電力・電流変換マップ９１を含む電流変換器９０Ａに代替される。
【0104】
ステップＳ１にて、第１実施例と同様に、アクセル開度θａ、車速Ｖｓ、及びＳＯＣに基づき燃料電池スタック１６で発生すべき発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍを算出する。
【0105】
次いで、ステップＳｐにて、ブリード弁１５８の閉弁時には、図２Ｂに示すように、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍに基づき、電力・電流変換マップ９１（燃料電池スタック１６の発電電力に対する発電電流の特性）を用いて発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを設定する第１発電制御を行う。この場合、電流センサ９３で検出される発電電流ＩｆｃをＩｆｃ＝Ｉｆｃｃｏｍとする燃料電池スタック１６の発電制御を行う。
【0106】
次いで、ステップＳ５にて、第１実施例と同様に、アノード流路４８の水素濃度を推定する。
次に、ステップＳ６の水素濃度判定にて、水素濃度が閾値Ｂ未満となった（ステップＳ６：ＹＥＳ）とき、ステップＳ７のブリード弁１５８の開弁処理に先立ち、ステップＳｑにて、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと発電電圧Ｖｆｃとに基づき電流変換器９０により発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを設定する第２発電制御に切り替える（図２Ｂ参照）。
次に、ステップＳ６の水素濃度判定にて、水素濃度が閾値Ｂ未満となった（ステップＳ６：ＹＥＳ）とき、ステップＳ７のブリード弁１５８の開弁処理に先立ち、ステップＳｑにて、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと発電電圧Ｖｆｃとに基づき電流変換器９０により発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを設定する第２発電制御に切り替える（図２Ｂ参照）。
【0107】
すなわち、このステップＳｑの第２発電制御では、第１実施例でのステップＳ２と同様に、電圧センサ９２により発電電圧Ｖｆｃを取得する。次に、ステップＳ３と同様に、制御装置１２の電流変換器９０Ａ中の電流変換器９０は、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと発電電圧Ｖｆｃとに基づき、上記（１）式を参照して、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを算出する。さらに、ステップＳ４と同様に、発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに基づき電流センサ９３で検出される発電電流ＩｆｃをＩｆｃ＝Ｉｆｃｃｏｍとする燃料電池スタック１６の発電制御を行う。
【0108】
このように、ブリード弁１５８の開弁中には、ステップＳ７、ステップＳ８：ＮＯ（図５も参照）、ステップＳｑの順で制御が継続され第２発電制御が実行される。
【0109】
【0110】
図９のタイムチャートによれば、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍは、第１実施例と同様に、時間の経過に係わらず一定値に保持される。
【0111】
図９に示すように、ブリード弁１５８が閉弁されているとき、換言すれば、発電電圧Ｖｆｃが酸化剤ガス不足により低下していないときには、ステップＳ９の処理の後、ステップＳ１～Ｓ５及びステップＳ６：ＮＯの処理を繰り返すので、電力・電流変換マップ９１を使用する第１発電制御により、実発電電力Ｐｆｃが電力指令値Ｐｆｃｏｍに維持される。
【0112】
また、ブリード弁１５８が開弁されているときに発電電圧Ｖｆｃが低下するが、この場合、ステップＳ８：ＮＯ、ステップＳｑ、ステップＳ７の処理が実行され、電流指令変換ロジックが第２発電制御に切り替わるので、上記（１）式に基づき、電流変換器９０Ａ中の電流変換器９０により電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが増加されるので、実発電電力Ｐｆｃが電力指令値Ｐｆｃｏｍに維持される。
【0113】
この第２実施例では、アノード流路４８内（アノード電極４３側）での水素濃度が閾値Ｂに近づいてきたら電磁弁であるブリード弁１５８のタイムラグを考慮して、実際にブリード弁１５８が開く（ステップＳ７）前に切り替えている（ステップＳｑ）。
【0114】
ブリード弁１５８の開弁により発電セル電圧Ｖｃｅｌｌが低下するのは、カソード流路４７（カソード電極４２）に燃料排ガスが入ったときであるので、ブリード弁１５８が開弁してから少し時間がたったとき（例えば、１００［ｍｓ］程度）に第２発電制御に切り替わっていれば基本的には問題ない。
【0115】
同様に、第１発電制御に戻すタイミングは、カソード流路４７（カソード電極４２）に燃料排ガスが入らなくなるタイミングでよい。実施上、１０～１００［ｍｓ］程度で軽微になる。
【0116】
アノード流路４８（アノード電極４３）の水素濃度の増減の傾き（図５参照）は、上述したように、燃料電池スタック１６の内部温度（上記した冷却媒体の温度Ｔｗで代替）、カソード入口圧力Ｐｃｉ及びアノード入口圧力Ｐａｉに基づき推定が行える。
【0117】
よって、ブリード弁１５８を開弁するタイミングもこの傾きを考慮して予測しているため、閾値Ｂを少し高めにして対応することも可能である。
【0118】
なお、この第２実施例においても、ブリード弁１５８を開弁しているとき、第１実施例で説明したのと同様に、希釈のためのエアポンプ２６の吐出量の増加を抑制でき、燃料電池車両１０のノイズ・振動に係わる商品性を向上させることができる。
【0119】
［実施形態から把握し得る発明］
ここで、上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素の一部には、上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号を付けたものに限定されない。
ここで、上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素の一部には、上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号を付けたものに限定されない。
【0120】
この発明に係る燃料電池システム１４は、燃料ガス供給流路を介してアノード電極４３に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極４２に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システム１４であって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置１２と、前記燃料電池の発電電圧Ｖｆｃを取得する電圧取得器と、とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに基づき制御するにあたり、前記発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと前記電圧取得器により取得された発電電圧Ｖｆｃに基づき設定する。
【0121】
これにより、開閉弁が開弁され燃料排ガスがカソード電極に流通されて燃料電値の発電電圧が低下した場合であっても、発電電圧の低下に基づき発電電流指令値が増加されるので、発電電力が変化することがない。この制御では、制御を変更しないので、制御を簡易化できる。
【0122】
また、この発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、前記開閉弁を閉弁させているときには、発電電力指令値に基づき前記発電電流指令値を設定する第１発電制御を行い、前記開閉弁を開弁させるときには、前記発電電力指令値と前記発電電圧とに基づき前記発電電流指令値を設定する第２発電制御を行う。
【0123】
これにより、発電中に、カソード電極側からアノード電極に透過する窒素ガスの影響によりアノード電極に流通する燃料ガスの濃度が低下して、燃料排ガス流路と酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路の開閉弁を開弁するときには、発電電力指令値と発電電圧とに基づき発電電流指令値を設定するようにしたので、アノード電極の燃料ガス濃度制御（燃料ガス濃度低下防止制御）を行っても燃料電池の発電電力が変化しない、あるいは変化することを抑制できる。
【0124】
また、燃料電池システムにおいては、前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、前記制御装置は、前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記燃料ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁するようにしてもよい。
【0125】
これにより、アノード電極に流通する燃料ガスの濃度の低下に基づく電解質膜の劣化を抑制することができる。
【0126】
さらに、燃料電池システムにおいては、前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、前記制御装置は、前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記水素ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する前に、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるようにしてもよい。
これにより、電解質膜の劣化抑制と、電力指令値に対する適切な制御の両立が可能である。
これにより、電解質膜の劣化抑制と、電力指令値に対する適切な制御の両立が可能である。
【0127】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【0128】
１０…燃料電池車両 １２…制御装置
１４…燃料電池システム １６…燃料電池スタック
２０…出力部 ２２…酸化剤ガス系デバイス
２４…燃料ガス系デバイス ４０…発電セル
４１…固体高分子電解質膜 ４２…カソード電極
４３…アノード電極 ４４…電解質膜・電極構造体
４５、４６…セパレータ ４７…カソード流路
４８…アノード流路 ６７…カソード入口圧力センサ
６８…アノード入口圧力センサ ８０…出力調整器
８２…蓄電器 ８３…ＳＯＣセンサ
８４…モータ ９０、９０Ａ…電流変換器
９１…電力・電流変換マップ １５６…連絡管路
１５８…ブリード弁
１４…燃料電池システム １６…燃料電池スタック
２０…出力部 ２２…酸化剤ガス系デバイス
２４…燃料ガス系デバイス ４０…発電セル
４１…固体高分子電解質膜 ４２…カソード電極
４３…アノード電極 ４４…電解質膜・電極構造体
４５、４６…セパレータ ４７…カソード流路
４８…アノード流路 ６７…カソード入口圧力センサ
６８…アノード入口圧力センサ ８０…出力調整器
８２…蓄電器 ８３…ＳＯＣセンサ
８４…モータ ９０、９０Ａ…電流変換器
９１…電力・電流変換マップ １５６…連絡管路
１５８…ブリード弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-06-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
この発明の一態様によれば、開閉弁が開弁され燃料排ガスがカソード電極に流通されて燃料電池の発電電圧が低下した場合であっても、発電電圧の低下に基づき発電電流指令値が増加されるので、発電電力の変化を回避乃至抑制できる。この制御では、制御を変更しないので、制御を簡易化できる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0100】
なお、この第１実施例において、ブリード弁１５８を開弁しているときには、燃料排ガス中の燃料ガスがカソード電極４２側での触媒反応により消費しきれなかった分の燃料ガス（窒素も含む）が、図３中、破線の矢印で示すように、酸化剤ガス出口連通口１０２から排出される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0111】
図９に示すように、ブリード弁１５８が閉弁されているとき、換言すれば、発電電圧Ｖｆｃが酸化剤ガス不足により低下していないときには、ステップＳ９の処理の後、ステップＳ１～Ｓ５及びステップＳ６：ＮＯの処理を繰り返すので、電力・電流変換マップ９１を使用する第１発電制御により、実発電電力Ｐｆｃが電力指令値Ｐｆｃｃｏｍに維持される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0112】
また、ブリード弁１５８が開弁されているときに発電電圧Ｖｆｃが低下するが、この場合、ステップＳ８：ＮＯ、ステップＳｑ、ステップＳ７の処理が実行され、電流指令値変換ロジックが第２発電制御に切り替わるので、上記（１）式に基づき、電流変換器９０Ａ中の電流変換器９０により電流指令値Ｉｆｃｃｏｍが増加されるので、実発電電力Ｐｆｃが電力指令値Ｐｆｃｃｏｍに維持される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0120】
この発明に係る燃料電池システム１４は、燃料ガス供給流路を介してアノード電極４３に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極４２に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システム１４であって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置１２と、前記燃料電池の発電電圧Ｖｆｃを取得する電圧取得器と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに基づき制御するにあたり、前記発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍを、発電電力指令値Ｐｆｃｃｏｍと前記電圧取得器により取得された発電電圧Ｖｆｃに基づき設定する。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0121】
これにより、開閉弁が開弁され燃料排ガスがカソード電極に流通されて燃料電池の発電電圧が低下した場合であっても、発電電圧の低下に基づき発電電流指令値が増加されるので、発電電力が変化することがない。この制御では、制御を変更しないので、制御を簡易化できる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0122】
また、この発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスと、により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記アノード電極から排出された燃料排ガスを流通させる燃料排ガス流路と、前記燃料排ガス流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連通させる接続流路と、前記接続流路を開閉する開閉弁と、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給状態を制御する制御装置と、前記燃料電池の発電電圧を取得する電圧取得器と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電状態を発電電流指令値に基づき制御するにあたり、前記開閉弁を閉弁させているときには、発電電力指令値に基づき前記発電電流指令値を設定する第１発電制御を行い、前記開閉弁を開弁させるときには、前記発電電力指令値と前記発電電圧とに基づき前記発電電流指令値を設定する第２発電制御を行う。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0126】
さらに、燃料電池システムにおいては、前記アノード電極に流通する前記燃料ガスの濃度を取得する燃料ガス濃度取得部をさらに備え、前記制御装置は、前記燃料ガス濃度取得部により取得されている前記水素ガスの濃度が所定値以下の濃度になった場合、前記開閉弁を開弁する前に、前記第１発電制御から前記第２発電制御に切り替えるようにしてもよい。
これにより、電解質膜の劣化抑制と、発電電力指令値に対する適切な制御の両立が可能である。
これにより、電解質膜の劣化抑制と、発電電力指令値に対する適切な制御の両立が可能である。