ホーム > 特許ランキング > 株式会社豊田自動織機
▶ 株式会社豊田自動織機の特許一覧 ▶ トヨタ自動車株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04746 20160101AFI20241016BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20241016BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20241016BHJP
H01M 8/04664 20160101ALI20241016BHJP
H01M 8/04492 20160101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04746
H01M8/04858
H01M8/04537
H01M8/04664
H01M8/04492
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021170264
(22)【出願日】2021-10-18
(65)【公開番号】P2023060586
(43)【公開日】2023-04-28
【審査請求日】2024-02-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】中村 健
【審査官】橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１７９１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３５２８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０１５７７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１８８１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０５６７６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１０４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０９５４３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を含む前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出部と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの状態を検出する酸化剤ガス状態検出部と、
前記酸化剤ガス供給部から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、
前記燃料電池の発電量に対応する前記酸化剤ガスの目標流量に基づき、少なくとも前記酸化剤ガス供給部を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知する検知部と、
前記検知部が前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記酸化剤ガス状態検出部が検出した前記酸化剤ガスの状態に基づき前記酸化剤ガスの流量の推定値である推定流量を導出する流量推定部と、
前記燃料電池の出力電圧が下限電圧未満の場合に前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる流量補正部と、
前記流量補正部による補正が行われた場合に前記推定流量が前記補正後の目標流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する流量制御部と、を備える、燃料電池システム。
【請求項2】
前記検知部が前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記目標流量を所定の制限流量に制限する流量制限部を備え、前記流量補正部は、前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧未満の場合に前記流量制限部によって制限された前記目標流量の補正を行うことで、前記出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記燃料電池状態検出部が検出する前記燃料電池の状態は、前記燃料電池の電解質膜の含水量を含み、前記流量補正部は、前記電解質膜の含水量が所定の下限含水量未満の場合に前記電解質膜の含水量が前記下限含水量以上となるように、前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記酸化剤ガスの流量を減少させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を含む前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出部と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記酸化剤ガスの状態を検出する酸化剤ガス状態検出部と、前記酸化剤ガス供給部から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電量に対応する前記酸化剤ガスの目標流量に基づき、少なくとも前記酸化剤ガス供給部を制御する、燃料電池システムの制御方法であって、前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知する検知工程と、
前記検知工程にて前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記酸化剤ガス状態検出部が検出した前記酸化剤ガスの状態に基づき前記酸化剤ガスの流量の推定値である推定流量を導出する流量推定工程と、
前記燃料電池の出力電圧が下限電圧未満の場合に前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる流量補正工程と、
前記流量補正工程における補正が行われた場合に前記推定流量が前記補正後の目標流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する流量制御工程と、を含む、燃料電池システムの制御方法。
【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、及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池システムが開示されている。特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池と、酸化剤ガス供給部と、酸化剤ガス流量センサと、これらを制御する制御装置と、を備える。酸化剤ガス流量センサは、酸化剤ガス供給部から供給される酸化剤ガスの流量を検出する。制御装置は、酸化剤ガス流量センサの故障等の異常を検知した場合、酸化剤ガスの圧力などを用いて酸化剤ガスの流量を推定して燃料電池システムの制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－１７９１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、制御装置によって推定された酸化剤ガスの流量は、酸化剤ガス供給部から燃料電池に至るまでの圧損等によって、酸化剤ガスの実際の流量よりも少ないことがある。そのため、酸化剤ガス流量センサに異常が生じた場合、酸化剤ガスの実際の流量が燃料電池の発電に必要な流量を下回ることで、酸化剤ガスの不足によって燃料電池の発電が不安定となるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を含む前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出部と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記酸化剤ガスの状態を検出する酸化剤ガス状態検出部と、前記酸化剤ガス供給部から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、前記燃料電池の発電量に対応する前記酸化剤ガスの目標流量に基づき、少なくとも前記酸化剤ガス供給部を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知する検知部と、前記検知部が前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記酸化剤ガス状態検出部が検出した前記酸化剤ガスの状態に基づき前記酸化剤ガスの流量の推定値である推定流量を導出する流量推定部と、前記燃料電池の出力電圧が下限電圧未満の場合に前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる流量補正部と、前記流量補正部による補正が行われた場合に前記推定流量が前記補正後の目標流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する流量制御部と、を備える。
【0006】
これによれば、制御装置は、検知部が酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に流量推定部によって導出された推定流量を用いて酸化剤ガス供給部の制御を行う。ここで、実際の流量が推定流量よりも小さいと、燃料電池の出力電圧が低くなり、下限電圧を下回ることがある。
【0007】
そこで、制御装置は、燃料電池の出力電圧が下限電圧より低い場合に目標流量又は推定流量の補正を行うことで、燃料電池の出力電圧を下限電圧以上にする。これにより、制御装置が推定流量と実際の流量との乖離を考慮して酸化剤ガス供給部を制御することで、酸化剤ガスの不足による燃料電池の出力電圧の低下が抑制される。したがって、酸化剤ガス流量センサに異常が生じた場合であっても燃料電池の発電の安定性を向上することができる。
【0008】
上記燃料電池システムは、前記検知部が前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記目標流量を所定の制限流量に制限する流量制限部を備え、前記流量補正部は、前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧未満の場合に前記流量制限部によって制限された前記目標流量の補正を行うことで、前記出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる、ものであってもよい。
【0009】
これによれば、検知部が酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に目標流量を制限流量に制限することで、燃料電池の過剰な発電が抑制される。一方、目標流量を制限流量に制限することにより、燃料電池の出力電圧が下限電圧未満まで低下するおそれがある。
【0010】
そこで、本構成では、流量補正部は、流量制限部によって目標流量が制限流量に制限されている場合であっても出力電圧が下限電圧未満のときには、目標流量の補正を行うことにより、出力電圧を下限電圧以上にする。これにより、燃料電池による過剰な発電の抑制と燃料電池の発電の安定性の向上との両立を図ることができる。
【0011】
上記燃料電池システムでは、前記燃料電池状態検出部が検出する前記燃料電池の状態は、前記燃料電池の電解質膜の含水量を含み、前記流量補正部は、前記電解質膜の含水量が所定の下限含水量未満の場合に前記電解質膜の含水量が前記下限含水量以上となるように、前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記酸化剤ガスの流量を減少させる、ものであってもよい。
【0012】
燃料電池に供給される酸化剤ガスによって電解質膜の乾燥が起こりうる。その結果、電解質膜の含水量が低下する。燃料電池に供給される酸化剤ガスの量が多いほど、電解質膜の含水量は大きく低下しやすい。含水量が下限含水量未満となると、電解質膜のドライアウトが生じているおそれがある。電解質膜のドライアウトが生じている場合に燃料電池が発電を行うと、電解質膜の劣化が進行するおそれがある。
【0013】
そこで、流量補正部は、含水量が下限含水量未満の場合に推定流量又は目標流量の補正を行うことで燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量を減少させる。これにより、補正前に比べて電解質膜の含水量の低下が抑制されるため、電解質膜の含水量が下限含水量以上に保たれる。したがって、電解質膜のドライアウトが生じている状態で燃料電池が発電を行うことで電解質膜の劣化が進行することを抑制することができる。
【0014】
上記課題を解決する燃料電池システムの制御方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を含む前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出部と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記酸化剤ガスの状態を検出する酸化剤ガス状態検出部と、前記酸化剤ガス供給部から前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量センサと、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電量に対応する前記酸化剤ガスの目標流量に基づき、少なくとも前記酸化剤ガス供給部を制御する、燃料電池システムの制御方法であって、前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知する検知工程と、前記検知工程にて前記酸化剤ガス流量センサの異常を検知した場合に前記酸化剤ガス状態検出部が検出した前記酸化剤ガスの状態に基づき前記酸化剤ガスの流量の推定値である推定流量を導出する流量推定工程と、前記燃料電池の出力電圧が下限電圧未満の場合に前記目標流量又は前記推定流量の補正を行うことで前記燃料電池の出力電圧が前記下限電圧以上となるように前記酸化剤ガスの流量を増加させる流量補正工程と、前記流量補正工程における補正が行われた場合に前記推定流量が前記補正後の目標流量となるように前記酸化剤ガス供給部を制御する流量制御工程と、を含む。
【0015】
これによれば、検知工程において酸化剤ガス流量センサの異常が検知された場合に流量推定工程にて導出された推定流量を用いて酸化剤ガス供給部の制御が行われる。ここで、実際の流量が推定流量よりも小さいと、燃料電池の出力電圧が低くなり、下限電圧を下回ることがある。
【0016】
そこで、流量補正工程では、燃料電池の出力電圧が下限電圧より低い場合に目標流量又は推定流量の補正を行うことで、燃料電池の出力電圧を下限電圧以上にする。これにより、流量制御工程において、制御装置が推定流量と実際の流量との乖離を考慮して酸化剤ガス供給部を制御することで、酸化剤ガスの不足による燃料電池の出力電圧の低下が抑制される。したがって、酸化剤ガス流量センサに異常が生じた場合であっても燃料電池の発電の安定性を向上することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、酸化剤ガス流量センサに異常が生じた場合であっても燃料電池の発電の安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
＜構成＞
以下、燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは車両に用いられる。
以下、燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは車両に用いられる。
【0020】
＜車両Ｖｅ１＞
図１に示すように、車両Ｖｅ１は燃料電池車両である。車両Ｖｅ１は、負荷Ｒ１と、燃料電池システム１０と、を備える。
図１に示すように、車両Ｖｅ１は燃料電池車両である。車両Ｖｅ１は、負荷Ｒ１と、燃料電池システム１０と、を備える。
【0021】
＜負荷Ｒ１＞
負荷Ｒ１は、例えば車両Ｖｅ１を駆動させるモータや各種電装品を含む。
＜燃料電池システム１０＞
燃料電池システム１０は、負荷Ｒ１に電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、バッテリ３１と、ＢＭＳ３２と、燃料電池状態検出部３３と、燃料ガスタンク４０と、燃料ガスバルブ４１と、酸化剤ガス供給ユニット５０と、制御装置７０と、を備える。
負荷Ｒ１は、例えば車両Ｖｅ１を駆動させるモータや各種電装品を含む。
＜燃料電池システム１０＞
燃料電池システム１０は、負荷Ｒ１に電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、バッテリ３１と、ＢＭＳ３２と、燃料電池状態検出部３３と、燃料ガスタンク４０と、燃料ガスバルブ４１と、酸化剤ガス供給ユニット５０と、制御装置７０と、を備える。
【0022】
＜燃料電池２０＞
燃料電池２０は、燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２とを反応させることで発電を行う。燃料電池２０は、複数の燃料電池セル２１を積層することによって構成されている。燃料ガスＧ１は、少なくとも所定分圧以上の水素ガスを含む。酸化剤ガスＧ２は、少なくとも所定分圧以上の酸素ガスを含む。本実施形態では、酸化剤ガスＧ２は空気である。
燃料電池２０は、燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２とを反応させることで発電を行う。燃料電池２０は、複数の燃料電池セル２１を積層することによって構成されている。燃料ガスＧ１は、少なくとも所定分圧以上の水素ガスを含む。酸化剤ガスＧ２は、少なくとも所定分圧以上の酸素ガスを含む。本実施形態では、酸化剤ガスＧ２は空気である。
【0023】
＜燃料電池セル２１、アノード極２２、カソード極２３＞
各燃料電池セル２１は、燃料ガスＧ１が供給されるアノード極２２と、酸化剤ガスＧ２が供給されるカソード極２３と、アノード極２２とカソード極２３との間に配置されている電解質膜２４と、を備える。
各燃料電池セル２１は、燃料ガスＧ１が供給されるアノード極２２と、酸化剤ガスＧ２が供給されるカソード極２３と、アノード極２２とカソード極２３との間に配置されている電解質膜２４と、を備える。
【0024】
＜電解質膜２４＞
電解質膜２４は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すイオン交換膜である。電解質膜２４の具体的態様は任意である。電解質膜２４の湿潤状態を保つために、電解質膜２４には、図示しない貯水タンクから水分が供給される。
電解質膜２４は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すイオン交換膜である。電解質膜２４の具体的態様は任意である。電解質膜２４の湿潤状態を保つために、電解質膜２４には、図示しない貯水タンクから水分が供給される。
【0025】
燃料電池２０が発電を行うに際し、アノード極２２には燃料ガスＧ１が供給され、カソード極２３には酸化剤ガスＧ２が供給される。燃料電池２０に供給される燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２は、図示しない燃料電池セル２１内の流路を介して、スタックされた複数の燃料電池セル２１のそれぞれに供給される。このとき、燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２は、それぞれ、これらの流路の上流に位置する燃料電池セル２１から下流に位置する燃料電池セル２１に向かって順に供給される。以下、説明の便宜上、スタックされている燃料電池セル２１のうち、燃料ガスＧ１の流路上の最上流のもの、及び酸化剤ガスＧ２の流路上の最上流のものを、総称して最外層の燃料電池セル２１という。アノード極２２での触媒反応により発生した水素イオンは、電解質膜２４を通過してカソード極２３まで移動する。そして、カソード極２３で酸化剤ガスＧ２に含まれる酸素と電気化学反応を起こることで、燃料電池２０が発電を行う。当該発電により、燃料電池２０は、出力電圧Ｖ１で電力を出力する。燃料電池２０では、燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２とが反応することにより水が生成される。
【0026】
＜含水量Ｍ１＞
電解質膜２４の湿潤状態は、電解質膜２４の含水量Ｍ１で表される。含水量Ｍ１は、電解質膜２４に含まれる水分の量でもある。含水量Ｍ１は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の量に応じて変動し得る。特に、酸化剤ガスＧ２に含まれる水分量が少ない場合、酸化剤ガスＧ２によって電解質膜２４が乾燥されるため、電解質膜２４の含水量Ｍ１が減少することとなる。含水量Ｍ１が所定の下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満となると、電解質膜２４のドライアウトが発生する。電解質膜２４のドライアウトが発生している場合に燃料電池２０の発電を行うと、電解質膜２４の劣化が進行するおそれがある。したがって、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上に保たれることが好ましい。なお、下限含水量Ｍ１ｉｎｆは、燃料電池２０の仕様、用途、使用環境に応じて設定されればよい。
電解質膜２４の湿潤状態は、電解質膜２４の含水量Ｍ１で表される。含水量Ｍ１は、電解質膜２４に含まれる水分の量でもある。含水量Ｍ１は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の量に応じて変動し得る。特に、酸化剤ガスＧ２に含まれる水分量が少ない場合、酸化剤ガスＧ２によって電解質膜２４が乾燥されるため、電解質膜２４の含水量Ｍ１が減少することとなる。含水量Ｍ１が所定の下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満となると、電解質膜２４のドライアウトが発生する。電解質膜２４のドライアウトが発生している場合に燃料電池２０の発電を行うと、電解質膜２４の劣化が進行するおそれがある。したがって、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上に保たれることが好ましい。なお、下限含水量Ｍ１ｉｎｆは、燃料電池２０の仕様、用途、使用環境に応じて設定されればよい。
【0027】
＜ＤＣ／ＤＣコンバータ３０＞
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、燃料電池２０が発電した電力を変換して負荷Ｒ１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の具体的態様は任意であり、チョッパ回路、ＳＥＰＩＣコンバータ、ＣｕＫコンバータ、ＤＡＢコンバータ等任意である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、燃料電池２０が発電した電力を変換して負荷Ｒ１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の具体的態様は任意であり、チョッパ回路、ＳＥＰＩＣコンバータ、ＣｕＫコンバータ、ＤＡＢコンバータ等任意である。
【0028】
＜バッテリ３１＞
バッテリ３１は、充放電可能な二次電池である。バッテリ３１の具体的態様は、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池、リチウムイオンキャパシタなど任意である。バッテリ３１は、負荷Ｒ１に対して並列に接続されている。バッテリ３１は、負荷Ｒ１と燃料電池２０との間に接続されている。詳細には、バッテリ３１は、負荷Ｒ１とＤＣ／ＤＣコンバータ３０との間に接続されている。バッテリ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とともに負荷Ｒ１に電力を供給可能に構成されている。バッテリ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０から出力される電力によって充電可能に構成されている。
バッテリ３１は、充放電可能な二次電池である。バッテリ３１の具体的態様は、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池、リチウムイオンキャパシタなど任意である。バッテリ３１は、負荷Ｒ１に対して並列に接続されている。バッテリ３１は、負荷Ｒ１と燃料電池２０との間に接続されている。詳細には、バッテリ３１は、負荷Ｒ１とＤＣ／ＤＣコンバータ３０との間に接続されている。バッテリ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とともに負荷Ｒ１に電力を供給可能に構成されている。バッテリ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０から出力される電力によって充電可能に構成されている。
【0029】
＜ＢＭＳ３２＞
ＢＭＳ３２は、バッテリ３１の状態を監視するBattery Management Systemである。バッテリ３１の状態は、例えばバッテリ３１の出力電圧、入出力電流、ＳＯＣ：State of Charge、ＳＯＨ：State of Healthを含む。
ＢＭＳ３２は、バッテリ３１の状態を監視するBattery Management Systemである。バッテリ３１の状態は、例えばバッテリ３１の出力電圧、入出力電流、ＳＯＣ：State of Charge、ＳＯＨ：State of Healthを含む。
【0030】
＜燃料電池状態検出部３３＞
燃料電池状態検出部３３は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１を含む燃料電池２０の状態を検出する。燃料電池状態検出部３３が検出する燃料電池２０の状態は、燃料電池２０の電解質膜２４の含水量Ｍ１を含む。本実施形態の燃料電池状態検出部３３は、含水量センサ３４と、電圧センサ３５と、を含む。
燃料電池状態検出部３３は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１を含む燃料電池２０の状態を検出する。燃料電池状態検出部３３が検出する燃料電池２０の状態は、燃料電池２０の電解質膜２４の含水量Ｍ１を含む。本実施形態の燃料電池状態検出部３３は、含水量センサ３４と、電圧センサ３５と、を含む。
【0031】
＜含水量センサ３４＞
含水量センサ３４は、電解質膜２４の含水量Ｍ１を検出する。本実施形態の含水量センサ３４は、燃料電池２０のインピーダンスを測定することによって含水量Ｍ１を検出する。含水量Ｍ１が減少することに伴い、電解質膜２４のインピーダンスが増加する。これに伴い燃料電池２０全体のインピーダンスが増加することとなる。含水量センサ３４は、このようなインピーダンスの増減を含水量Ｍ１の増減との対応関係を用いて、燃料電池２０のインピーダンスから含水量Ｍ１を検出することができる。なお、ここで検出する含水量Ｍ１は１つの電解質膜２４の含水量に限られず、複数の電解質膜２４の含水量であってもよい。複数の電解質膜２４の含水量とは、複数の電解質膜２４の含水量の平均でもよいし、合計でもよい。特に含水量Ｍ１は、最外層の燃料電池セル２１の含水量の寄与を含むことが好ましい。複数の燃料電池セル２１のうち、最外層の燃料電池セル２１が最も乾燥しやすいため、最外層の燃料電池セル２１の含水量を考慮することによって、含水量Ｍ１からドライアウトの有無を検出しやすくなるからである。
含水量センサ３４は、電解質膜２４の含水量Ｍ１を検出する。本実施形態の含水量センサ３４は、燃料電池２０のインピーダンスを測定することによって含水量Ｍ１を検出する。含水量Ｍ１が減少することに伴い、電解質膜２４のインピーダンスが増加する。これに伴い燃料電池２０全体のインピーダンスが増加することとなる。含水量センサ３４は、このようなインピーダンスの増減を含水量Ｍ１の増減との対応関係を用いて、燃料電池２０のインピーダンスから含水量Ｍ１を検出することができる。なお、ここで検出する含水量Ｍ１は１つの電解質膜２４の含水量に限られず、複数の電解質膜２４の含水量であってもよい。複数の電解質膜２４の含水量とは、複数の電解質膜２４の含水量の平均でもよいし、合計でもよい。特に含水量Ｍ１は、最外層の燃料電池セル２１の含水量の寄与を含むことが好ましい。複数の燃料電池セル２１のうち、最外層の燃料電池セル２１が最も乾燥しやすいため、最外層の燃料電池セル２１の含水量を考慮することによって、含水量Ｍ１からドライアウトの有無を検出しやすくなるからである。
【0032】
なお、含水量センサ３４が含水量Ｍ１を検出する具体的態様はこれに限られず任意である。例えば、含水量センサ３４は、燃料電池２０への燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２の供給量、燃料電池２０の出力電力、及び含水量Ｍ１との対応関係を示すマップを予め取得しておき、当該マップに基づき含水量Ｍ１を検出してもよい。当該マップは、例えば輸送現象の解析シミュレーションや試験を行うことによって取得可能である。
【0033】
＜電圧センサ３５＞
電圧センサ３５は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ３５は、燃料電池２０に対して並列に接続されている。本実施形態では、電圧センサ３５は、各燃料電池セル２１の出力電圧Ｖ１を検出する。なお、電圧センサ３５は、各燃料電池セル２１の電圧をそれぞれ検出してもよいし、複数の燃料電池セル２１の電圧を測定してもよい。本実施形態の電圧センサ３５では、少なくとも最外層の燃料電池セル２１の電圧は、１つの燃料電池セル２１の電圧として検出されている。
電圧センサ３５は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ３５は、燃料電池２０に対して並列に接続されている。本実施形態では、電圧センサ３５は、各燃料電池セル２１の出力電圧Ｖ１を検出する。なお、電圧センサ３５は、各燃料電池セル２１の電圧をそれぞれ検出してもよいし、複数の燃料電池セル２１の電圧を測定してもよい。本実施形態の電圧センサ３５では、少なくとも最外層の燃料電池セル２１の電圧は、１つの燃料電池セル２１の電圧として検出されている。
【0034】
＜燃料ガスタンク４０＞
燃料ガスタンク４０は、燃料ガスＧ１を貯蔵する。燃料ガスタンク４０は、燃料電池２０に接続されている。
燃料ガスタンク４０は、燃料ガスＧ１を貯蔵する。燃料ガスタンク４０は、燃料電池２０に接続されている。
【0035】
＜燃料ガスバルブ４１＞
燃料ガスバルブ４１は、燃料ガスタンク４０と燃料電池セル２１との間に設けられている。燃料ガスバルブ４１を開くことによって、燃料ガスタンク４０に貯蔵されている燃料ガスＧ１が燃料電池２０に供給される。燃料ガスタンク４０から燃料電池２０に供給される燃料ガスＧ１の量は、例えば燃料ガスタンク４０に貯蔵されている燃料ガスＧ１の圧力を考慮して燃料ガスバルブ４１の開度や開時間を制御することによって調整することができる。
燃料ガスバルブ４１は、燃料ガスタンク４０と燃料電池セル２１との間に設けられている。燃料ガスバルブ４１を開くことによって、燃料ガスタンク４０に貯蔵されている燃料ガスＧ１が燃料電池２０に供給される。燃料ガスタンク４０から燃料電池２０に供給される燃料ガスＧ１の量は、例えば燃料ガスタンク４０に貯蔵されている燃料ガスＧ１の圧力を考慮して燃料ガスバルブ４１の開度や開時間を制御することによって調整することができる。
【0036】
＜酸化剤ガス供給ユニット５０＞
酸化剤ガス供給ユニット５０は、酸化剤ガス供給部５１と、酸化剤ガス吸入口５２と、フィルタ５３と、酸化剤ガス流量センサ５４と、インタークーラ５５と、酸化剤ガス状態検出部５６と、を備える。
酸化剤ガス供給ユニット５０は、酸化剤ガス供給部５１と、酸化剤ガス吸入口５２と、フィルタ５３と、酸化剤ガス流量センサ５４と、インタークーラ５５と、酸化剤ガス状態検出部５６と、を備える。
【0037】
＜酸化剤ガス供給部５１＞
酸化剤ガス供給部５１は、燃料電池２０に酸化剤ガスＧ２を供給する。詳細には、酸化剤ガス供給部５１は、酸化剤ガス吸入口５２から供給される酸化剤ガスＧ２を圧縮して燃料電池２０に供給する。酸化剤ガス供給部５１は、例えばエアコンプレッサである。酸化剤ガス供給部５１は、モータＭを備える。モータＭは、図示しないインバータ回路からの交流電力を用いて回転することで、酸化剤ガス吸入口５２から供給される酸化剤ガスＧ２を圧縮する。酸化剤ガス供給部５１によって圧縮された酸化剤ガスＧ２は、燃料電池２０の各燃料電池セル２１のカソード極２３に向けて吐出される。酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の供給量は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に吐出される酸化剤ガスＧ２の圧力に対応する。酸化剤ガス供給部５１の圧縮率は、モータＭの回転数Ｎ１と相関がある。そのため、モータＭの回転数Ｎ１を制御することにより、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の供給量を制御することが可能である。酸化剤ガス供給部５１は酸化剤ガスＧ２を断熱圧縮するため、圧縮後の酸化剤ガスＧ２の温度は、圧縮前の酸化剤ガスＧ２の温度に比べて高くなる。
酸化剤ガス供給部５１は、燃料電池２０に酸化剤ガスＧ２を供給する。詳細には、酸化剤ガス供給部５１は、酸化剤ガス吸入口５２から供給される酸化剤ガスＧ２を圧縮して燃料電池２０に供給する。酸化剤ガス供給部５１は、例えばエアコンプレッサである。酸化剤ガス供給部５１は、モータＭを備える。モータＭは、図示しないインバータ回路からの交流電力を用いて回転することで、酸化剤ガス吸入口５２から供給される酸化剤ガスＧ２を圧縮する。酸化剤ガス供給部５１によって圧縮された酸化剤ガスＧ２は、燃料電池２０の各燃料電池セル２１のカソード極２３に向けて吐出される。酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の供給量は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に吐出される酸化剤ガスＧ２の圧力に対応する。酸化剤ガス供給部５１の圧縮率は、モータＭの回転数Ｎ１と相関がある。そのため、モータＭの回転数Ｎ１を制御することにより、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の供給量を制御することが可能である。酸化剤ガス供給部５１は酸化剤ガスＧ２を断熱圧縮するため、圧縮後の酸化剤ガスＧ２の温度は、圧縮前の酸化剤ガスＧ２の温度に比べて高くなる。
【0038】
なお、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給された酸化剤ガスＧ２は、図示しない排出流路から外部に排出される。当該排出流路には、図示しない排出バルブが設けられていてもよい。この場合、酸化剤ガスＧ２の排出量は、当該排出バルブの開度や開時間によっても調整可能である。
【0039】
＜酸化剤ガス吸入口５２＞
酸化剤ガス吸入口５２は、燃料電池システム１０に酸化剤ガスＧ２を吸入するための吸入口である。本実施形態の酸化剤ガス吸入口５２は、空気を吸入可能に構成されている。なお、酸化剤ガス吸入口５２の具体的態様は任意であり、酸化剤ガスＧ２を貯蔵するガスボンベ等に接続されていてもよい。
酸化剤ガス吸入口５２は、燃料電池システム１０に酸化剤ガスＧ２を吸入するための吸入口である。本実施形態の酸化剤ガス吸入口５２は、空気を吸入可能に構成されている。なお、酸化剤ガス吸入口５２の具体的態様は任意であり、酸化剤ガスＧ２を貯蔵するガスボンベ等に接続されていてもよい。
【0040】
＜フィルタ５３＞
フィルタ５３は、酸化剤ガスＧ２を透過可能なフィルタであって、酸化剤ガスＧ２に含まれる不純物を取り除くためのフィルタである。酸化剤ガスＧ２に含まれる不純物とは、例えば空気中に漂うホコリや灰である。フィルタ５３は、酸化剤ガス吸入口５２と酸化剤ガス供給部５１との間に設けられている。
フィルタ５３は、酸化剤ガスＧ２を透過可能なフィルタであって、酸化剤ガスＧ２に含まれる不純物を取り除くためのフィルタである。酸化剤ガスＧ２に含まれる不純物とは、例えば空気中に漂うホコリや灰である。フィルタ５３は、酸化剤ガス吸入口５２と酸化剤ガス供給部５１との間に設けられている。
【0041】
＜酸化剤ガス流量センサ５４＞
酸化剤ガス流量センサ５４は、酸化剤ガス吸入口５２から酸化剤ガス供給部５１に向かう酸化剤ガスＧ２の流量を検出する。以下、説明の便宜上、酸化剤ガス流量センサ５４によって検出される流量を「供給流量Ｑ１」という。供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に向かう実際の流量を表す。本実施形態では、供給流量Ｑ１は、酸化剤ガスＧ２の質量流量である。質量流量としての供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１が吐出する酸化剤ガスＧ２の質量流量と等しい。そのため、供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される流量と等しい。したがって、酸化剤ガス流量センサ５４は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の流量を検出する。本実施形態では、酸化剤ガス流量センサ５４によって検出された供給流量Ｑ１は、例えば周波数信号として表現されるが、その表現形式は任意である。例えば、供給流量Ｑ１は、電圧の大きさとして表現されてもよいし、供給流量Ｑ１の値そのものとして表現されてもよい。
酸化剤ガス流量センサ５４は、酸化剤ガス吸入口５２から酸化剤ガス供給部５１に向かう酸化剤ガスＧ２の流量を検出する。以下、説明の便宜上、酸化剤ガス流量センサ５４によって検出される流量を「供給流量Ｑ１」という。供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に向かう実際の流量を表す。本実施形態では、供給流量Ｑ１は、酸化剤ガスＧ２の質量流量である。質量流量としての供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１が吐出する酸化剤ガスＧ２の質量流量と等しい。そのため、供給流量Ｑ１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される流量と等しい。したがって、酸化剤ガス流量センサ５４は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の流量を検出する。本実施形態では、酸化剤ガス流量センサ５４によって検出された供給流量Ｑ１は、例えば周波数信号として表現されるが、その表現形式は任意である。例えば、供給流量Ｑ１は、電圧の大きさとして表現されてもよいし、供給流量Ｑ１の値そのものとして表現されてもよい。
【0042】
＜インタークーラ５５＞
インタークーラ５５は、酸化剤ガス供給部５１によって圧縮された酸化剤ガスＧ２を冷却する。インタークーラ５５は、酸化剤ガス供給部５１と燃料電池２０との間に設けられている。インタークーラ５５の具体的態様は任意であるが、例えば図示しない冷却回路を循環する冷媒に酸化剤ガスＧ２との熱交換を行わせることで酸化剤ガスＧ２を冷却する。これにより、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の温度が燃料電池２０の発電に適した範囲内に保たれる。
インタークーラ５５は、酸化剤ガス供給部５１によって圧縮された酸化剤ガスＧ２を冷却する。インタークーラ５５は、酸化剤ガス供給部５１と燃料電池２０との間に設けられている。インタークーラ５５の具体的態様は任意であるが、例えば図示しない冷却回路を循環する冷媒に酸化剤ガスＧ２との熱交換を行わせることで酸化剤ガスＧ２を冷却する。これにより、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の温度が燃料電池２０の発電に適した範囲内に保たれる。
【0043】
＜酸化剤ガス状態検出部５６＞
酸化剤ガス状態検出部５６は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の状態を検出する。酸化剤ガスＧ２の状態は、酸化剤ガスＧ２の圧力に関する情報を含む。酸化剤ガス状態検出部５６は、第１圧力センサ６０と、第２圧力センサ６１と、を含む。
酸化剤ガス状態検出部５６は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の状態を検出する。酸化剤ガスＧ２の状態は、酸化剤ガスＧ２の圧力に関する情報を含む。酸化剤ガス状態検出部５６は、第１圧力センサ６０と、第２圧力センサ６１と、を含む。
【0044】
＜第１圧力センサ６０＞
第１圧力センサ６０は、酸化剤ガス供給部５１に吸入される酸化剤ガスＧ２の圧力を検出する。本実施形態の第１圧力センサ６０は、大気圧Ｐ１を検出する。第１圧力センサ６０の具体的構成や設置箇所は任意である。
第１圧力センサ６０は、酸化剤ガス供給部５１に吸入される酸化剤ガスＧ２の圧力を検出する。本実施形態の第１圧力センサ６０は、大気圧Ｐ１を検出する。第１圧力センサ６０の具体的構成や設置箇所は任意である。
【0045】
＜第２圧力センサ６１＞
第２圧力センサ６１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の圧力Ｐ２を検出する。以下、説明の便宜上、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の圧力Ｐ２を「供給圧力Ｐ２」という。第２圧力センサ６１は、酸化剤ガス供給部５１と燃料電池２０との間に設けられている。本実施形態では、第２圧力センサ６１は、インタークーラ５５と燃料電池２０との間に設けられている。そのため、第２圧力センサ６１が圧力を検出する酸化剤ガスＧ２は、インタークーラ５５によって冷却されている。これにより、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に向かうまでの酸化剤ガスＧ２の温度変化が供給圧力Ｐ２に与える影響を低減することができる。
第２圧力センサ６１は、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の圧力Ｐ２を検出する。以下、説明の便宜上、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の圧力Ｐ２を「供給圧力Ｐ２」という。第２圧力センサ６１は、酸化剤ガス供給部５１と燃料電池２０との間に設けられている。本実施形態では、第２圧力センサ６１は、インタークーラ５５と燃料電池２０との間に設けられている。そのため、第２圧力センサ６１が圧力を検出する酸化剤ガスＧ２は、インタークーラ５５によって冷却されている。これにより、酸化剤ガス供給部５１から燃料電池２０に向かうまでの酸化剤ガスＧ２の温度変化が供給圧力Ｐ２に与える影響を低減することができる。
【0046】
＜制御装置７０＞
制御装置７０は、処理部７１と、記憶部７２と、を備える。記憶部７２は、RAM（Random Access Memory）、及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部７２は、処理を処理部７１に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部７２、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置７０は、ASICやFPGA等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置７０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。
制御装置７０は、処理部７１と、記憶部７２と、を備える。記憶部７２は、RAM（Random Access Memory）、及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部７２は、処理を処理部７１に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部７２、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置７０は、ASICやFPGA等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置７０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。
【0047】
制御装置７０は、供給流量Ｑ１を調整することにより燃料電池２０の発電を制御する発電制御を行う。発電制御において制御装置７０は、燃料電池２０の発電量に対応する酸化剤ガスＧ２の目標流量Ｑｔに基づき、少なくとも酸化剤ガス供給部５１を制御する。本実施形態の制御装置７０は、燃料ガスバルブ４１及び酸化剤ガス供給部５１を制御する。制御装置７０は排出バルブを制御してもよい。
【0048】
＜発電制御＞
以下、発電制御の一例について説明する。以下で説明する発電制御は、車両Ｖｅ１が起動している場合に繰り返し行われるものである。
以下、発電制御の一例について説明する。以下で説明する発電制御は、車両Ｖｅ１が起動している場合に繰り返し行われるものである。
【0049】
＜ステップＳ１０＞
図２に示すように、まずステップＳ１０において、制御装置７０は、バッテリ３１のＳＯＣを取得し、当該ＳＯＣに基づいて目標出力電力を設定する。目標出力電力とは、燃料電池２０が発電する電力の目標値である。例えば、制御装置７０は、ＢＭＳ３２から取得したバッテリ３１のＳＯＣが低いほど、大きい目標出力電力を設定する。具体的には、制御装置７０は、予め定められた複数の基準値と、当該基準値のそれぞれに対応する目標出力電力と、を記憶部７２に記憶しており、当該ＳＯＣが基準値を下回っているか否かを判定する。当該ＳＯＣが基準値を下回っていると判定された場合、制御装置７０は、当該ＳＯＣが下回った基準値に対応する目標出力電力を設定する。制御装置７０は、ＳＯＣの変化に対して段階的に目標出力電力を設定する。このような目標出力電力のうち０より大きい最小の値を、最小発電電力という。最小発電電力は、燃料電池２０の発電が安定する最小の電力以上であれば任意に設定可能である。
図２に示すように、まずステップＳ１０において、制御装置７０は、バッテリ３１のＳＯＣを取得し、当該ＳＯＣに基づいて目標出力電力を設定する。目標出力電力とは、燃料電池２０が発電する電力の目標値である。例えば、制御装置７０は、ＢＭＳ３２から取得したバッテリ３１のＳＯＣが低いほど、大きい目標出力電力を設定する。具体的には、制御装置７０は、予め定められた複数の基準値と、当該基準値のそれぞれに対応する目標出力電力と、を記憶部７２に記憶しており、当該ＳＯＣが基準値を下回っているか否かを判定する。当該ＳＯＣが基準値を下回っていると判定された場合、制御装置７０は、当該ＳＯＣが下回った基準値に対応する目標出力電力を設定する。制御装置７０は、ＳＯＣの変化に対して段階的に目標出力電力を設定する。このような目標出力電力のうち０より大きい最小の値を、最小発電電力という。最小発電電力は、燃料電池２０の発電が安定する最小の電力以上であれば任意に設定可能である。
【0050】
＜ステップＳ１１＞
次にステップＳ１１に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４から供給流量Ｑ１を取得する。制御装置７０は、例えば酸化剤ガス流量センサ５４で検出された信号の周波数を供給流量Ｑ１に変換することで、供給流量Ｑ１を取得する。
次にステップＳ１１に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４から供給流量Ｑ１を取得する。制御装置７０は、例えば酸化剤ガス流量センサ５４で検出された信号の周波数を供給流量Ｑ１に変換することで、供給流量Ｑ１を取得する。
【0051】
＜ステップＳ１２＞
次にステップＳ１２に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じているか否かの判定を行う。言い換えれば、ステップＳ１２において、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知する。酸化剤ガス流量センサ５４の異常とは、例えば酸化剤ガス流量センサ５４の一時的な動作不良や酸化剤ガス流量センサ５４の故障を含むものである。ステップＳ１２の処理が本実施形態の検知工程に相当する。また、ステップＳ１２の処理を行う制御装置７０が本実施形態の検知部に相当する。酸化剤ガス流量センサ５４の異常とは、例えば、制御装置７０が酸化剤ガス流量センサ５４から供給流量Ｑ１を取得することができない状況が生じていることをいう。このような状況としては、例えば図示しない電力源から酸化剤ガス流量センサ５４への電力の供給がなされていない状況が挙げられる。このような場合、酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が、０に偏る。このような酸化剤ガス流量センサ５４の信号の異常に基づいて、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じているか否かを判定する。例えば酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が既定値未満の場合、ステップＳ１２の判定結果が肯定となり、制御装置７０は酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定する。一方、酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が既定値以上の場合、ステップＳ１２の判定結果が否定となり、制御装置７０は酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていないと判定する。なお、ステップＳ１２の判定方法はこれに限らず任意である。例えば、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４からの信号が一定期間受信できない場合に、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定してもよい。また、酸化剤ガス流量センサ５４が自身の異常を通知する信号を送信する場合、制御装置７０は、当該信号を受信した場合に酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定してもよい。
次にステップＳ１２に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じているか否かの判定を行う。言い換えれば、ステップＳ１２において、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知する。酸化剤ガス流量センサ５４の異常とは、例えば酸化剤ガス流量センサ５４の一時的な動作不良や酸化剤ガス流量センサ５４の故障を含むものである。ステップＳ１２の処理が本実施形態の検知工程に相当する。また、ステップＳ１２の処理を行う制御装置７０が本実施形態の検知部に相当する。酸化剤ガス流量センサ５４の異常とは、例えば、制御装置７０が酸化剤ガス流量センサ５４から供給流量Ｑ１を取得することができない状況が生じていることをいう。このような状況としては、例えば図示しない電力源から酸化剤ガス流量センサ５４への電力の供給がなされていない状況が挙げられる。このような場合、酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が、０に偏る。このような酸化剤ガス流量センサ５４の信号の異常に基づいて、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じているか否かを判定する。例えば酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が既定値未満の場合、ステップＳ１２の判定結果が肯定となり、制御装置７０は酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定する。一方、酸化剤ガス流量センサ５４から出力される信号の周波数の主成分が既定値以上の場合、ステップＳ１２の判定結果が否定となり、制御装置７０は酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていないと判定する。なお、ステップＳ１２の判定方法はこれに限らず任意である。例えば、制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４からの信号が一定期間受信できない場合に、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定してもよい。また、酸化剤ガス流量センサ５４が自身の異常を通知する信号を送信する場合、制御装置７０は、当該信号を受信した場合に酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じていると判定してもよい。
【0052】
＜ステップＳ１２の判定結果が否定の場合＞
＜ステップＳ１３＞
ステップＳ１２の判定結果が否定の場合、すなわち酸化剤ガス流量センサ５４の異常が生じていないと判定された場合、ステップＳ１３に進み、制御装置７０は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力に基づき、目標流量Ｑｔを設定する。目標流量Ｑｔとは、燃料電池２０が目標出力電力の発電を行うために必要な供給流量Ｑ１である。目標流量Ｑｔの設定方法は任意であるが、制御装置７０は、例えば予め定められた目標出力電力と供給流量Ｑ１との対応関係に基づき目標流量Ｑｔを設定すればよい。
＜ステップＳ１３＞
ステップＳ１２の判定結果が否定の場合、すなわち酸化剤ガス流量センサ５４の異常が生じていないと判定された場合、ステップＳ１３に進み、制御装置７０は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力に基づき、目標流量Ｑｔを設定する。目標流量Ｑｔとは、燃料電池２０が目標出力電力の発電を行うために必要な供給流量Ｑ１である。目標流量Ｑｔの設定方法は任意であるが、制御装置７０は、例えば予め定められた目標出力電力と供給流量Ｑ１との対応関係に基づき目標流量Ｑｔを設定すればよい。
【0053】
＜ステップＳ１４＞
次にステップＳ１４に進み、制御装置７０は、ステップＳ１１で取得した供給流量Ｑ１がステップＳ１４で設定された目標流量Ｑｔと一致するように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。酸化剤ガス供給部５１の制御には、例えばモータＭの回転数Ｎ１を制御することが挙げられる。供給流量Ｑ１が目標流量Ｑｔより小さい場合、制御装置７０はモータＭの回転数Ｎ１を上げる。供給流量Ｑ１が目標流量Ｑｔより大きい場合、制御装置７０はモータＭの回転数Ｎ１を下げる。このとき、制御装置７０は、供給流量Ｑ１にあわせて燃料ガスバルブ４１の開度や開時間を制御することで燃料ガスＧ１の供給量を調整する。これにより、燃料電池２０は、燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２を反応させることで発電を行い、負荷Ｒ１に電力を供給する。その後、制御装置７０は、発電制御を終了する。
次にステップＳ１４に進み、制御装置７０は、ステップＳ１１で取得した供給流量Ｑ１がステップＳ１４で設定された目標流量Ｑｔと一致するように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。酸化剤ガス供給部５１の制御には、例えばモータＭの回転数Ｎ１を制御することが挙げられる。供給流量Ｑ１が目標流量Ｑｔより小さい場合、制御装置７０はモータＭの回転数Ｎ１を上げる。供給流量Ｑ１が目標流量Ｑｔより大きい場合、制御装置７０はモータＭの回転数Ｎ１を下げる。このとき、制御装置７０は、供給流量Ｑ１にあわせて燃料ガスバルブ４１の開度や開時間を制御することで燃料ガスＧ１の供給量を調整する。これにより、燃料電池２０は、燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２を反応させることで発電を行い、負荷Ｒ１に電力を供給する。その後、制御装置７０は、発電制御を終了する。
【0054】
＜ステップＳ１２での判定結果が肯定の場合＞
＜ステップＳ２１＞
一方、ステップＳ１２での判定結果が肯定の場合、すなわち酸化剤ガス供給部５１に異常が生じていると判定された場合、ステップＳ２１に進み、制御装置７０は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力を制限電力に制限する。制限電力は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力以下の電力であれば任意である。詳細には、制限電力は、目標出力電力以下の電力であって、且つ、燃料電池２０の発電が安定する最小の電力以上であれば任意に設定可能である。本実施形態の制限電力は、最小発電電力と等しい。
＜ステップＳ２１＞
一方、ステップＳ１２での判定結果が肯定の場合、すなわち酸化剤ガス供給部５１に異常が生じていると判定された場合、ステップＳ２１に進み、制御装置７０は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力を制限電力に制限する。制限電力は、ステップＳ１０で設定された目標出力電力以下の電力であれば任意である。詳細には、制限電力は、目標出力電力以下の電力であって、且つ、燃料電池２０の発電が安定する最小の電力以上であれば任意に設定可能である。本実施形態の制限電力は、最小発電電力と等しい。
【0055】
＜ステップＳ２２＞
次にステップＳ２２に進み、制御装置７０は、ステップＳ２１にて目標出力電力が制限電力に制限されたことに伴い、目標流量Ｑｔを制限流量Ｑ３に制限する。すなわち、制御装置７０は、ステップＳ１２にて酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知した場合にステップＳ２２において目標流量Ｑｔを所定の制限流量Ｑ３に制限する。ステップＳ２２の処理が本実施形態の流量制限工程に相当する。また、ステップＳ２２の処理を行う制御装置７０が本実施形態の流量制限部に相当する。
次にステップＳ２２に進み、制御装置７０は、ステップＳ２１にて目標出力電力が制限電力に制限されたことに伴い、目標流量Ｑｔを制限流量Ｑ３に制限する。すなわち、制御装置７０は、ステップＳ１２にて酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知した場合にステップＳ２２において目標流量Ｑｔを所定の制限流量Ｑ３に制限する。ステップＳ２２の処理が本実施形態の流量制限工程に相当する。また、ステップＳ２２の処理を行う制御装置７０が本実施形態の流量制限部に相当する。
【0056】
制限流量Ｑ３は、制限電力に対応する供給流量Ｑ１の値である。本実施形態の制限流量Ｑ３は、最小発電電力に対応する供給流量Ｑ１の値である。制御装置７０はステップＳ１３と同様に、予め定められた目標出力電力と供給流量Ｑ１との対応関係に基づき制限流量Ｑ３を決定すればよい。
【0057】
＜ステップＳ２３＞
次にステップＳ２３に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス状態検出部５６の検出結果に基づいて燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の状態を把握する。本実施形態では、制御装置７０は、第１圧力センサ６０から大気圧Ｐ１を、第２圧力センサ６１から供給圧力Ｐ２を、酸化剤ガス供給部５１からモータＭの回転数Ｎ１を、それぞれ取得する。
次にステップＳ２３に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス状態検出部５６の検出結果に基づいて燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の状態を把握する。本実施形態では、制御装置７０は、第１圧力センサ６０から大気圧Ｐ１を、第２圧力センサ６１から供給圧力Ｐ２を、酸化剤ガス供給部５１からモータＭの回転数Ｎ１を、それぞれ取得する。
【0058】
＜ステップＳ２４＞
次にステップＳ２４に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス状態検出部５６が検出した酸化剤ガスＧ２の状態に基づき推定流量Ｑ２を導出する。推定流量Ｑ２は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の流量、すなわち供給流量Ｑ１の推定値である。ステップＳ２４の処理が本実施形態の流量推定工程に相当する。また、ステップＳ２４の処理を実行する制御装置７０が本実施形態の流量推定部に相当する。制御装置７０は、ステップＳ２３で取得した大気圧Ｐ１及び供給圧力Ｐ２から、酸化剤ガス供給部５１の圧縮比を導出し、当該圧縮比と回転数Ｎ１とに基づき推定流量Ｑ２を導出する。推定流量Ｑ２の導出方法は任意であるが、例えば圧縮比及び回転数Ｎ１に対する推定流量Ｑ２の対応関係を用いて導出すればよい。対応関係は、例えば試験やシミュレーション等によって導出すればよい。対応関係の表現形式は任意であり、関数として表されていても、マップとして表されていてもよい。
次にステップＳ２４に進み、制御装置７０は、酸化剤ガス状態検出部５６が検出した酸化剤ガスＧ２の状態に基づき推定流量Ｑ２を導出する。推定流量Ｑ２は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２の流量、すなわち供給流量Ｑ１の推定値である。ステップＳ２４の処理が本実施形態の流量推定工程に相当する。また、ステップＳ２４の処理を実行する制御装置７０が本実施形態の流量推定部に相当する。制御装置７０は、ステップＳ２３で取得した大気圧Ｐ１及び供給圧力Ｐ２から、酸化剤ガス供給部５１の圧縮比を導出し、当該圧縮比と回転数Ｎ１とに基づき推定流量Ｑ２を導出する。推定流量Ｑ２の導出方法は任意であるが、例えば圧縮比及び回転数Ｎ１に対する推定流量Ｑ２の対応関係を用いて導出すればよい。対応関係は、例えば試験やシミュレーション等によって導出すればよい。対応関係の表現形式は任意であり、関数として表されていても、マップとして表されていてもよい。
【0059】
＜ステップＳ２５＞
次にステップＳ２５に進み、制御装置７０は、ステップＳ２２で制限された目標流量Ｑｔ及びステップＳ２４で導出された推定流量Ｑ２に基づき、酸化剤ガス供給部５１を制御する。詳細には、制御装置７０は、ステップＳ２４で導出した推定流量Ｑ２がステップＳ２２で制限された目標流量Ｑｔとなるように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。例えば、制御装置７０は、目標流量Ｑｔに対応する目標回転数を導出する。そして制御装置７０は、酸化剤ガス供給部５１のモータＭの回転数Ｎ１が当該目標回転数となるように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。なお、酸化剤ガス供給部５１の制御態様はこれに限らず任意であり、目標流量Ｑｔに対する推定流量Ｑ２の差分を用いたフィードバック制御を行うことにより、酸化剤ガス供給部５１を制御してもよい。
次にステップＳ２５に進み、制御装置７０は、ステップＳ２２で制限された目標流量Ｑｔ及びステップＳ２４で導出された推定流量Ｑ２に基づき、酸化剤ガス供給部５１を制御する。詳細には、制御装置７０は、ステップＳ２４で導出した推定流量Ｑ２がステップＳ２２で制限された目標流量Ｑｔとなるように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。例えば、制御装置７０は、目標流量Ｑｔに対応する目標回転数を導出する。そして制御装置７０は、酸化剤ガス供給部５１のモータＭの回転数Ｎ１が当該目標回転数となるように、酸化剤ガス供給部５１を制御する。なお、酸化剤ガス供給部５１の制御態様はこれに限らず任意であり、目標流量Ｑｔに対する推定流量Ｑ２の差分を用いたフィードバック制御を行うことにより、酸化剤ガス供給部５１を制御してもよい。
【0060】
なお、制御装置７０は、ステップＳ１３の処理と同様に、燃料ガスバルブ４１の開度や開時間を制御することで、燃料ガスＧ１を燃料電池２０に供給する。これにより、燃料電池２０は、燃料ガスＧ１及び酸化剤ガスＧ２を反応させることで発電を行い、負荷Ｒ１に電力を供給する。このときに燃料電池２０の発電によって各燃料電池セル２１から生じる電圧が、出力電圧Ｖ１として電圧センサ３５に検出される。
【0061】
＜ステップＳ２６＞
次にステップＳ２６に進み、制御装置７０は、燃料電池状態検出部３３の検出結果に基づいて、燃料電池２０の状態を把握する。具体的には、制御装置７０は、含水量センサ３４から含水量Ｍ１を、電圧センサ３５から出力電圧Ｖ１を、それぞれ取得する。制御装置７０は、含水量センサ３４から燃料電池２０のインピーダンスを取得し、当該インピーダンスから含水量Ｍ１を導出してもよい。
次にステップＳ２６に進み、制御装置７０は、燃料電池状態検出部３３の検出結果に基づいて、燃料電池２０の状態を把握する。具体的には、制御装置７０は、含水量センサ３４から含水量Ｍ１を、電圧センサ３５から出力電圧Ｖ１を、それぞれ取得する。制御装置７０は、含水量センサ３４から燃料電池２０のインピーダンスを取得し、当該インピーダンスから含水量Ｍ１を導出してもよい。
【0062】
＜ステップＳ２７＞
次にステップＳ２７に進み、制御装置７０は、ステップＳ２６で取得した出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満であるか否かを判定する。出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満であるとは、供給流量Ｑ１が制限流量Ｑ３未満であることを示す。これは、酸化剤ガス吸入口５２から燃料電池２０に至るまでに酸化剤ガスＧ２の圧力損失が生じること等により、推定流量Ｑ２が供給流量Ｑ１より下がることに起因する。
次にステップＳ２７に進み、制御装置７０は、ステップＳ２６で取得した出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満であるか否かを判定する。出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満であるとは、供給流量Ｑ１が制限流量Ｑ３未満であることを示す。これは、酸化剤ガス吸入口５２から燃料電池２０に至るまでに酸化剤ガスＧ２の圧力損失が生じること等により、推定流量Ｑ２が供給流量Ｑ１より下がることに起因する。
【0063】
＜ステップＳ２７の判定結果が肯定の場合＞
＜ステップＳ２８＞
ステップＳ２７の判定結果が肯定の場合、すなわち燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合、ステップＳ２８に進み、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔの補正を行う。ステップＳ２８での補正により、制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔが増加する。ステップＳ２８における補正の具体的態様は任意であり、例えば燃料電池２０の仕様、用途、使用条件等により予め定められたものを用いて実現されてもよいし、ステップＳ２６で得られた出力電圧Ｖ１と下限電圧Ｖ１ｉｎｆとの間の差分に基づくフィードバック制御によって実現されてもよい。燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合とは、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２が不足していることにより、出力電圧Ｖ１が低下している場合に対応する。
＜ステップＳ２８＞
ステップＳ２７の判定結果が肯定の場合、すなわち燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合、ステップＳ２８に進み、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔの補正を行う。ステップＳ２８での補正により、制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔが増加する。ステップＳ２８における補正の具体的態様は任意であり、例えば燃料電池２０の仕様、用途、使用条件等により予め定められたものを用いて実現されてもよいし、ステップＳ２６で得られた出力電圧Ｖ１と下限電圧Ｖ１ｉｎｆとの間の差分に基づくフィードバック制御によって実現されてもよい。燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合とは、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２が不足していることにより、出力電圧Ｖ１が低下している場合に対応する。
【0064】
＜ステップＳ２９＞
次にステップＳ２９に進み、制御装置７０は、補正後の目標流量Ｑｔ及び推定流量Ｑ２に基づき、酸化剤ガス供給部５１を制御する。制御装置７０は、推定流量Ｑ２が補正後の目標流量Ｑｔとなるように酸化剤ガス供給部５１を制御する。ステップＳ２９の処理の具体的態様は、例えばステップＳ２５と同様である。ステップＳ２９の処理が本実施形態の流量制御工程に相当する。また、ステップＳ２９の処理を行う制御装置７０が本実施形態の流量制御部に相当する。
次にステップＳ２９に進み、制御装置７０は、補正後の目標流量Ｑｔ及び推定流量Ｑ２に基づき、酸化剤ガス供給部５１を制御する。制御装置７０は、推定流量Ｑ２が補正後の目標流量Ｑｔとなるように酸化剤ガス供給部５１を制御する。ステップＳ２９の処理の具体的態様は、例えばステップＳ２５と同様である。ステップＳ２９の処理が本実施形態の流量制御工程に相当する。また、ステップＳ２９の処理を行う制御装置７０が本実施形態の流量制御部に相当する。
【0065】
ステップＳ２８を経てステップＳ２９の処理が行われるとき、すなわち燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合において目標流量Ｑｔの補正が行われるとき、目標流量Ｑｔは、制限流量Ｑ３よりもステップＳ２８で補正された分だけ制限流量Ｑ３より大きい。そのため、制御装置７０は、補正によって増加した目標流量Ｑｔと推定流量Ｑ２とを一致させるために、モータＭの回転数Ｎ１を上げる。これに伴い供給流量Ｑ１及び推定流量Ｑ２が増加する。推定流量Ｑ２が補正後の目標流量Ｑｔに一致しているとき、供給流量Ｑ１が制限流量Ｑ３に一致する。したがって、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上となる。以上より、制御装置７０は、ステップＳ２９において、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上となるように供給流量Ｑ１を増加させる。ステップＳ２９の処理が本実施形態の流量補正工程に相当する。また、ステップＳ２９の処理を行う制御装置７０が本実施形態の流量補正部に相当する。
【0066】
＜ステップＳ３０＞
次に、ステップＳ３０に進み、制御装置７０は、車両Ｖｅ１に退避走行を行わせる。退避走行とは、車両Ｖｅ１の走行中に酸化剤ガス流量センサ５４の異常等が生じた場合に車両Ｖｅ１を安全な場所に移動させるための走行である。安全な場所とは、例えば、非常駐車帯や道路脇などである。その後、制御装置７０は発電制御を終了する。
次に、ステップＳ３０に進み、制御装置７０は、車両Ｖｅ１に退避走行を行わせる。退避走行とは、車両Ｖｅ１の走行中に酸化剤ガス流量センサ５４の異常等が生じた場合に車両Ｖｅ１を安全な場所に移動させるための走行である。安全な場所とは、例えば、非常駐車帯や道路脇などである。その後、制御装置７０は発電制御を終了する。
【0067】
＜ステップＳ２７の判定結果が否定の場合＞
＜ステップＳ３１＞
一方、ステップＳ２７の判定結果が否定の場合、すなわち、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上である場合、ステップＳ３１に進み、制御装置７０は、ステップＳ２６で取得した含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満であるか否かを判定する。含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満である場合、電解質膜２４のドライアウトが生じている可能性がある。ドライアウトの原因の一つとして、燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の過剰な供給が挙げられる。酸化剤ガスＧ２が乾燥している場合、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２が電解質膜２４の水分を奪う。酸化剤ガスＧ２に奪われる電解質膜２４の水分量が電解質膜２４への水分の供給量を上回ると、電解質膜２４の含水量Ｍ１が低下する。その結果、電解質膜２４の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満となり、電解質膜２４のドライアウトが生じる。
＜ステップＳ３１＞
一方、ステップＳ２７の判定結果が否定の場合、すなわち、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上である場合、ステップＳ３１に進み、制御装置７０は、ステップＳ２６で取得した含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満であるか否かを判定する。含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満である場合、電解質膜２４のドライアウトが生じている可能性がある。ドライアウトの原因の一つとして、燃料電池２０への酸化剤ガスＧ２の過剰な供給が挙げられる。酸化剤ガスＧ２が乾燥している場合、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２が電解質膜２４の水分を奪う。酸化剤ガスＧ２に奪われる電解質膜２４の水分量が電解質膜２４への水分の供給量を上回ると、電解質膜２４の含水量Ｍ１が低下する。その結果、電解質膜２４の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満となり、電解質膜２４のドライアウトが生じる。
【0068】
＜ステップＳ３１の判定結果が肯定の場合＞
ステップＳ３１の判定結果が肯定の場合、すなわち電解質膜２４の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合、ステップＳ３２に進み、制御装置７０は、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔの補正を行う。本実施形態では、ステップＳ３２での補正により、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔが減少する。ステップＳ３２における補正の具体的態様は、ステップＳ２８における補正と同様に任意であり、例えば燃料電池２０の仕様、用途、使用条件等により予め定められたものを用いても行われてもよいし、ステップＳ２６で得られた含水量Ｍ１と下限含水量Ｍ１ｉｎｆとの間の差分を用いたフィードバック制御によって行われてもよい。燃料電池２０の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合とは、供給流量Ｑ１が過剰であることにより、電解質膜２４の含水量Ｍ１のドライアウトが生じている可能性がある場合に対応する。
ステップＳ３１の判定結果が肯定の場合、すなわち電解質膜２４の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合、ステップＳ３２に進み、制御装置７０は、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔの補正を行う。本実施形態では、ステップＳ３２での補正により、ステップＳ２２にて制限流量Ｑ３に制限された目標流量Ｑｔが減少する。ステップＳ３２における補正の具体的態様は、ステップＳ２８における補正と同様に任意であり、例えば燃料電池２０の仕様、用途、使用条件等により予め定められたものを用いても行われてもよいし、ステップＳ２６で得られた含水量Ｍ１と下限含水量Ｍ１ｉｎｆとの間の差分を用いたフィードバック制御によって行われてもよい。燃料電池２０の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合とは、供給流量Ｑ１が過剰であることにより、電解質膜２４の含水量Ｍ１のドライアウトが生じている可能性がある場合に対応する。
【0069】
次に、ステップＳ２９に進み、制御装置７０は、補正後の目標流量Ｑｔ及び推定流量Ｑ２に基づき、酸化剤ガス供給部５１を制御する。例えば、制御装置７０は、推定流量Ｑ２が補正後の目標流量Ｑｔとなるように酸化剤ガス供給部５１を制御する。
【0070】
ステップＳ３２を経てステップＳ２９の処理が行われるとき、すなわち燃料電池２０の含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合において目標流量Ｑｔの補正が行われるとき、目標流量Ｑｔは、制限流量Ｑ３よりもステップＳ２８で補正された分だけ制限流量Ｑ３より小さい。そのため、制御装置７０は、補正によって減少した目標流量Ｑｔと推定流量Ｑ２とを一致させるために、モータＭの回転数Ｎ１を下げる。これに伴い供給流量Ｑ１及び推定流量Ｑ２が減少する。これにより、酸化剤ガスＧ２の供給による電解質膜２４の乾燥を抑制することで、含水量Ｍ１の減少が抑制されるとともに電解質膜２４の湿潤が行われる。その結果、含水量Ｍ１がステップＳ２６において取得された値から増加するため、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上の状態に至る。以上より、制御装置７０は、ステップＳ２９において、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上となるように供給流量Ｑ１を減少させる。なお、ステップＳ３１の判定結果が肯定となる場合は供給流量Ｑ１が過剰であることから、このような目標流量Ｑｔの補正によって回転数Ｎ１を下げたとしても、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満となる可能性は低い。
【0071】
次にステップＳ３０に進み、制御装置７０は、車両Ｖｅ１に退避走行を行わせる。その後、制御装置７０は発電制御を終了する。
＜ステップＳ３１の判定結果が否定の場合＞
一方、ステップＳ３１の判定結果が否定の場合、すなわち出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上であり且つ含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上である場合、ステップＳ３２及びステップＳ２９の処理を省略し、発電処理を終了する。この場合、制御装置７０は、ステップＳ２５の処理を継続することで、燃料電池２０に酸化剤ガスＧ２を供給している。次にステップＳ３０に進み、制御装置７０は、車両Ｖｅ１に退避走行を行わせる。その後、制御装置７０は発電制御を終了する。
＜ステップＳ３１の判定結果が否定の場合＞
一方、ステップＳ３１の判定結果が否定の場合、すなわち出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上であり且つ含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上である場合、ステップＳ３２及びステップＳ２９の処理を省略し、発電処理を終了する。この場合、制御装置７０は、ステップＳ２５の処理を継続することで、燃料電池２０に酸化剤ガスＧ２を供給している。次にステップＳ３０に進み、制御装置７０は、車両Ｖｅ１に退避走行を行わせる。その後、制御装置７０は発電制御を終了する。
【0072】
以上の発電制御にて行われる処理の一部又は全部が、本実施形態の燃料電池システム１０の制御方法に相当する。
＜作用＞
以下、本実施形態の作用について説明する。
＜作用＞
以下、本実施形態の作用について説明する。
【0073】
制御装置７０は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆより低い場合に目標流量Ｑｔの補正を行うことで、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上にする。これにより、制御装置７０が推定流量Ｑ２と供給流量Ｑ１との乖離を考慮して酸化剤ガス供給部５１を制御することができる。その結果、酸化剤ガスＧ２の不足による燃料電池２０の出力電圧Ｖ１の低下が抑制される。
【0074】
＜効果＞
以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）燃料電池システム１０が備える制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知するステップＳ１２の処理と、ステップＳ１２において酸化剤ガス流量センサ５４の異常が検知された場合に酸化剤ガス状態検出部５６が検出した酸化剤ガスＧ２の状態に基づき推定流量Ｑ２を導出するステップＳ２４の処理と、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合に目標流量Ｑｔの補正を行うことで出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上となるように酸化剤ガスＧ２の流量を増加させるステップＳ２８の処理と、推定流量Ｑ２がステップＳ２８での補正後の目標流量Ｑｔとなるように酸化剤ガス供給部５１を制御するステップＳ２９の処理と、を実行する。
以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）燃料電池システム１０が備える制御装置７０は、酸化剤ガス流量センサ５４の異常を検知するステップＳ１２の処理と、ステップＳ１２において酸化剤ガス流量センサ５４の異常が検知された場合に酸化剤ガス状態検出部５６が検出した酸化剤ガスＧ２の状態に基づき推定流量Ｑ２を導出するステップＳ２４の処理と、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合に目標流量Ｑｔの補正を行うことで出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上となるように酸化剤ガスＧ２の流量を増加させるステップＳ２８の処理と、推定流量Ｑ２がステップＳ２８での補正後の目標流量Ｑｔとなるように酸化剤ガス供給部５１を制御するステップＳ２９の処理と、を実行する。
【0075】
これによれば、制御装置７０は、ステップＳ１２において酸化剤ガス流量センサ５４の異常が検知された場合にステップＳ２４にて導出された推定流量Ｑ２を用いて酸化剤ガス供給部５１の制御を行う。ここで、供給流量Ｑ１が推定流量Ｑ２よりも小さいと、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が低くなり、下限電圧Ｖ１ｉｎｆを下回ることがある。
【0076】
そこで、制御装置７０は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆより低い場合に目標流量Ｑｔの補正を行うことで、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１を下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上にする。これにより、制御装置７０が推定流量Ｑ２と供給流量Ｑ１との乖離を考慮して酸化剤ガス供給部５１を制御することで、酸化剤ガスＧ２の不足による燃料電池２０の出力電圧Ｖ１の低下が抑制される。したがって、酸化剤ガス流量センサ５４に異常が生じた場合であっても燃料電池２０の発電の安定性を向上することができる。
【0077】
（２）制御装置７０は、ステップＳ１２において酸化剤ガス流量センサ５４の異常が検知された場合に目標流量Ｑｔを所定の制限流量Ｑ３に制限するステップＳ２１の処理を実行する。そして、制御装置７０は、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合にステップＳ２１にて制限された目標流量Ｑｔの補正を行うことで、出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上となるように供給流量Ｑ１を増加させるステップＳ２８の処理を実行する。
【0078】
これによれば、ステップＳ１２において酸化剤ガス流量センサ５４の異常が検知された場合に目標流量Ｑｔを制限流量Ｑ３に制限するステップＳ２１の処理を実行することで、燃料電池２０の過剰な発電が抑制される。一方、目標流量Ｑｔを制限流量Ｑ３に制限することにより、燃料電池２０の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満まで低下するおそれがある。
【0079】
そこで、本実施形態では、制御装置７０は、ステップＳ２１にて目標流量Ｑｔが制限流量Ｑ３に制限されている場合であっても出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖ１ｉｎｆ未満の場合には、ステップＳ２８にて目標流量Ｑｔの補正を行うことにより、出力電圧Ｖ１を下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上にする。これにより、燃料電池２０による過剰な発電の抑制と燃料電池２０の発電の安定性の向上との両立を図ることができる。
【0080】
（３）燃料電池状態検出部３３が検出する燃料電池２０の状態は、電解質膜２４の含水量Ｍ１を含む。
そして、制御装置７０は、含水量Ｍ１が所定の下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合に含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上となるように、目標流量Ｑｔの補正を行うことで供給流量Ｑ１を減少させるステップＳ３２の処理を実行する。
そして、制御装置７０は、含水量Ｍ１が所定の下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合に含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上となるように、目標流量Ｑｔの補正を行うことで供給流量Ｑ１を減少させるステップＳ３２の処理を実行する。
【0081】
燃料電池２０に供給される酸化剤ガスＧ２によって電解質膜２４の乾燥が起こりうる。その結果、電解質膜２４の含水量Ｍ１が低下する。酸化剤ガス供給部５１から供給される酸化剤ガスＧ２の量が多いほど、電解質膜２４の含水量Ｍ１は大きく低下しやすい。含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満となると、電解質膜２４のドライアウトが生じているおそれがある。電解質膜２４のドライアウトが生じている場合に燃料電池２０が発電を行うと、電解質膜２４の劣化が進行するおそれがある。
【0082】
そこで、制御装置７０は、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ未満の場合にステップＳ３２において目標流量Ｑｔの補正を行うことで、燃料電池２０に供給される供給流量Ｑ１を減少させる。これにより、補正前に比べて含水量Ｍ１の低下が抑制されるため、含水量Ｍ１が下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上に保たれる。したがって、電解質膜２４のドライアウトが生じている状態で燃料電池２０が発電を行うことで電解質膜２４の劣化が進行することを抑制することができる。
【0083】
＜変形例＞
実施形態は以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
実施形態は以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0084】
・制御装置７０は、ステップＳ３１及びステップＳ３２の処理を省略してもよい。言い換えれば、制御装置７０は、含水量Ｍ１に基づく目標流量Ｑｔの補正を行わなくてもよい。
【0085】
・制御装置７０は、ステップＳ２１において、目標出力電力を制限電力に制限しなくてもよい。これに伴い、制御装置７０は、ステップＳ２２において、目標流量Ｑｔを制限流量Ｑ３に制限しなくてもよい。この場合、制御装置７０は、ステップＳ２３の処理を行う前に、ステップＳ１０で設定された目標出力電力に基づいて目標流量Ｑｔを設定すればよい。
【0086】
・酸化剤ガス状態検出部５６が検出する酸化剤ガスＧ２の状態は、酸化剤ガスＧ２の温度を含んでいてもよい。また、酸化剤ガス状態検出部５６は、酸化剤ガスＧ２の温度を測定する温度センサを備えている。温度センサは、例えばインタークーラ５５と燃料電池２０との間に設けられている。酸化剤ガスＧ２の温度を用いた推定流量Ｑ２の導出方法としては、例えば、酸化剤ガスＧ２の温度、圧力Ｐ１，Ｐ２、及びモータＭの回転数Ｎ１を適宜組み合わせたパラメータに基づいて、気体の状態方程式を用いて推定流量Ｑ２を導出すればよい。
【0087】
・制御装置７０はステップＳ２８において推定流量Ｑ２の補正を行ってもよい。この場合、制御装置７０は、ステップＳ２８において、推定流量Ｑ２を小さくする補正を行えばよい。これにより、制御装置７０は、ステップＳ２９において、推定流量Ｑ２を目標流量Ｑｔと一致させるために、酸化剤ガス供給部５１のモータＭの回転数Ｎ１を上げる。これに伴い、供給流量Ｑ１が増加する。このように、供給流量Ｑ１及び推定流量Ｑ２を増加させることで、制御装置７０は出力電圧Ｖ１を下限電圧Ｖ１ｉｎｆ以上にする。また、制御装置７０は、ステップＳ２８において、推定流量Ｑ２及び目標流量Ｑｔの補正をともに行ってもよい。
【0088】
・制御装置７０はステップＳ３２において推定流量Ｑ２の補正を行ってもよい。この場合、制御装置７０は、ステップＳ２８において、推定流量Ｑ２を大きくする補正を行えばよい。これにより、制御装置７０は、ステップＳ２９において、推定流量Ｑ２を目標流量Ｑｔと一致させるために、酸化剤ガス供給部５１のモータＭの回転数Ｎ１を下げる。これに伴い、供給流量Ｑ１が減少する。このように、供給流量Ｑ１及び推定流量Ｑ２を減少させることで、制御装置７０は含水量Ｍ１を下限含水量Ｍ１ｉｎｆ以上にする。また、制御装置７０は、ステップＳ２９において、推定流量Ｑ２及び目標流量Ｑｔの補正をともに行ってもよい。
【0089】
・目標出力電力の設定方法は任意である。例えば制御装置７０は、ＳＯＣと目標出力電力との対応関係を示す関係式を用いて、ＳＯＣに基づいて目標出力電力を設定してもよい。また、制御装置７０は、ＳＯＣに基づいて目標出力電力を設定しなくてもよく、例えば負荷Ｒ１の要求電力に基づいて目標出力電力を設定してもよい。この場合、燃料電池システム１０は、バッテリ３１及びＢＭＳ３２を備えていなくてもよい。
【0090】
・酸化剤ガス流量センサ５４は、酸化剤ガスＧ２の質量流量を検出するものに限られず、酸化剤ガスＧ２の体積流量を検出するものであってもよい。酸化剤ガスＧ２の流量として体積流量を採用する場合、空気の平均分子量及び大気圧Ｐ１を用いて質量流量を導出することにより、酸化剤ガスＧ２の流量と燃料電池２０の発電量とを対応付けることができる。
【0091】
・酸化剤ガス供給部５１の具体的態様はエアコンプレッサに限られず、空気を燃料電池２０に供給可能であれば任意である。例えば酸化剤ガス供給部５１は、ターボチャージャーであってもよい。
【0092】
・燃料電池システム１０は車両Ｖｅ１に用いられるものに限られず、その用途は任意である。燃料電池システム１０は、例えば定置型の発電機として適用されていても、非常用電源として適用されていてもよい。
【符号の説明】
【0093】
１０…燃料電池システム、２０…燃料電池、２４…電解質膜、３３…燃料電池状態検出部、３４…含水量センサ、３５…電圧センサ、５１…酸化剤ガス供給部、５４…酸化剤ガス流量センサ、５６…酸化剤ガス状態検出部、７０…制御装置、Ｇ１…燃料ガス、Ｇ２…酸化剤ガス、Ｍ１…含水量、Ｍ１ｉｎｆ…下限含水量、Ｑ１…供給流量、Ｑ２…推定流量、Ｑ３…制限流量、Ｖ１…出力電圧、Ｖ１ｉｎｆ…下限電圧。
【図1】
【図2】