(57)【要約】【課題】燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって開回路電圧を許容電圧として設定された所定値以下とする。【解決手段】本発明の燃料電池システムでは、負荷からの要求が無い状態となった際に、カソードオフガスをカソードガスとして循環させるカソードガス循環を実行して、燃料電池の出力電圧が、負荷からの要求が無い状態において許容される許容電圧以下となるように、カソードガス給排系を制御する場合において、燃料電池セルの湿潤状態が許容範囲内に収まるように、カソードガスの循環流量を制御する。【選択図】図１
2010153079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷からの電力要求に応じた電力を供給するための燃料電池システムであって、
電解質膜の両面にカソードおよびアノードが形成された燃料電池セルを備えた燃料電池と、
前記燃料電池セルのアノードに対してアノードガスの供給およびアノードオフガスの排出を行なうアノードガス給排系と、
前記燃料電池セルのカソードに対してカソードガスの供給およびカソードオフガスの排出を行なうカソードガス給排系と、
前記燃料電池の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記負荷からの要求が無い状態となった際に、前記カソードオフガスを前記カソードガスとして循環させるカソードガス循環を実行して、前記燃料電池の出力電圧が、前記負荷からの要求が無い状態において許容される許容電圧以下となるように、前記カソードガス給排系を制御する場合において、前記燃料電池セルの湿潤状態が許容範囲内に収まるように、前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池セルが所定温度以上である際にのみ、前記燃料電池セルの湿潤状態に応じて前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、さらに、
前記負荷からの要求が無い状態から有る状態となった際に、前記燃料電池セルの湿潤状態が、前記負荷からの要求に応じた電力を供給するための前記カソードガスの必要供給流量での動作を許容できる状態となるまで、前記カソードガスの流量を前記必要供給流量未満に制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記カソードガス循環を実行するとともに、アノードガス給排系を制御することにより、前記アノードオフガスを前記アノードガスとして循環させるアノード循環を実行し、前記燃料電池セルの湿潤状態に応じて、前記アノードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
負荷からの電力要求に応じた電力を供給するための燃料電池システムの制御方法であって、
前記負荷からの要求が無い状態となった際に、カソードオフガスをカソードガスとして循環させるカソードガス循環を実行して、前記燃料電池の出力電圧が許容電圧以下となるように、前記カソードガス給排系を制御する場合において、燃料電池に含まれる燃料電池セルの湿潤状態が許容範囲内に収まるように、前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする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、燃料電池の湿潤状態を適切に維持しつつ燃料電池による発電を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの運転状態のうち、負荷からの要求が無い状態、いわゆる無負荷運転状態では、燃料電池セルの構成要素である触媒層の劣化を抑制するために、燃料電池の出力電圧（「開回路電圧」とも呼ばれる）が、許容される電圧（「許容電圧」と呼ぶ）として設定された所定値を超えないように、燃料電池を動作させることが好ましい。
【０００３】
開回路電圧を低下させるための手法として、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスをカソードに供給するカソードガスとして再度供給して循環（「カソード循環」と呼ぶ）させるとともに、微小な負荷要求状態で動作させて、カソードガスの酸素分圧を低下させることにより、開回路電圧を低下させる手法がある。
【０００４】
燃料電池セルの温度が高温の状態で、上記のカソード循環を実行させる場合において、カソード循環の流量が多いと、乾燥した循環ガスによって燃料電池セルを構成する電解質膜や触媒層の乾燥が促進され、燃料電池の発電性能の低下を招くことになる。過度の乾燥を防止するためには、循環路に加湿器を設けてカソードガスを加湿する方法もある。しかし、この方法では、循環路の構成が複雑になったり、あるいは、加湿にエネルギーを要しシステム効率が低下したりする問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特公平０８−０２８２２６号公報
【特許文献２】特開平０９−２６６００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、負荷からの要求が無い無負荷運転状態において、加湿器にとる加湿量の調整以外の方法を利用して、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって開回路電圧を許容電圧として設定された所定値以下と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】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］
負荷からの電力要求に応じた電力を供給するための燃料電池システムであって、
電解質膜の両面にカソードおよびアノードが形成された燃料電池セルを備えた燃料電池と、
前記燃料電池セルのアノードに対してアノードガスの供給およびアノードオフガスの排出を行なうアノードガス給排系と、
前記燃料電池セルのカソードに対してカソードガスの供給およびカソードオフガスの排出を行なうカソードガス給排系と、
前記燃料電池の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記負荷からの要求が無い状態となった際に、前記カソードオフガスを前記カソードガスとして循環させるカソードガス循環を実行して、前記燃料電池の出力電圧が、前記負荷からの要求が無い状態において許容される許容電圧以下となるように、前記カソードガス給排系を制御する場合において、前記燃料電池セルの湿潤状態が許容範囲内に収まるように、前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、負荷からの要求が無い状態（無負荷運転状態）において、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって燃料電池の出力電圧（開回路電圧）を、負荷からの要求が無い状態において許容される所定電圧以下とすることが可能となる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池セルが所定温度以上である際にのみ、前記燃料電池セルの湿潤状態に応じて前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、所定温度、例えば、燃料電池セルが乾燥し易い温度以上において、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって前記燃料電池の出力電圧を所定値以下とすることが可能となる。
【００１０】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、さらに、
前記負荷からの要求が無い状態から有る状態となった際に、前記燃料電池セルの湿潤状態が、前記負荷からの要求に応じた電力を供給するための前記カソードガスの必要供給流量での動作を許容できる状態となるまで、前記カソードガスの流量を前記必要供給流量未満に制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、負荷からの要求に応じた電力を供給するためのカソードガスの必要供給流量での動作を許容できる状態となるまで、カソードガスの流量を必要供給流量未満に制限することにより、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態に維持することができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１または適用例２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記カソードガス循環を実行するとともに、アノードガス給排系を制御することにより、前記アノードオフガスを前記アノードガスとして循環させるアノード循環を実行し、前記燃料電池セルの湿潤状態に応じて、前記アノードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、アノードガスに含まれる水分がアノード側からカソード側に拡散して、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態に維持することが、さらに、容易となる。
【００１２】
［適用例５］
負荷からの電力要求に応じた電力を供給するための燃料電池システムの制御方法であって、
前記負荷からの要求が無い状態となった際に、カソードオフガスをカソードガスとして循環させるカソードガス循環を実行して、前記燃料電池の出力電圧が許容電圧以下となるように、前記カソードガス給排系を制御する場合において、燃料電池に含まれる燃料電池セルの湿潤状態が許容範囲内に収まるように、前記カソードガスの循環流量を制御する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
このようにすれば、負荷からの要求が無い状態（無負荷運転状態）において、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって前記燃料電池の出力電圧（開回路電圧）を、負荷からの要求が無い状態において許容される所定電圧以下とすることが可能となる。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
【００１５】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．システム構成：
図１は、第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、アノードガス給排系２００と、カソードガス給排系３００と、冷却装置４００と、電力出力系５００と、システム制御部６００と、を備えている。
【００１６】
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。この燃料電池１００としては、固体高分子型燃料電池等の種々の燃料電池を用いることができる。なお、通常、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とされる。なお、燃料電池１００には、温度計１０２が接続されており、燃料電池セルの温度（「セル温度」と呼ぶ）が計測される。
【００１７】
アノードガス給排系２００は、水素供給源２１０と、コンプレッサ（Ａ１）２２０と、マスフローコントローラ（Ａ４）２３０と、気液分離器２４０と、コンプレッサ（Ａ２）２５０と、切替弁（Ａ３）２６０と、逆止弁２７０とを備える。このアノードガス給排系２００は、燃料電池１００を構成する燃料電池セルのアノード（以下、「燃料電池１００のアノード」と略す）に、水素供給源２１０から、配管２８０ａ、コンプレッサ２２０、配管２８０ｂ、マスフローコントローラ２３０、および、配管２８０ｃを介して、燃料ガスである水素をアノードガスとして供給する。この際、コンプレッサ２２０は、水素供給源２１０からから供給される水素をシステム制御部６００からの指示に従った圧力でマスフローコントローラ２３０へ向けて送り出す。また、マスフローコントローラ２３０は、システム制御部６００からの指示に従った流量でアノードガスを燃料電池１００のアノードへ供給する。なお、水素供給源２１０としては、例えば、高圧水素が貯蔵された水素タンクを用いることができる。
【００１８】
また、アノードガス給排系２００は、燃料電池１００のアノードから排出されたアノードオフガスを、配管２８０ｄ、気液分離器２４０、配管２８０ｅ、コンプレッサ２５０、配管２８０ｆ、切替弁２６０、配管２８０ｇ、逆止弁２７０、および配管２８０ｈを介して、配管２８０ｂに戻し、再びアノードガスとして循環させる。なお、アノードオフガスは、電気化学反応に供された後のアノードガス、すなわち、燃料ガス（水素）である。この際、気液分離器２４０は、アノードオフガスとともに排出される水分を分離する。また、コンプレッサ２５０は、燃料電池１００のアノードから排出されるアノードオフガスとしての水素をシステム制御部６００からの指示に従った圧力で切替弁２６０へ向けて送り出す。切替弁２６０は、システム制御部６００からの指示に従って、コンプレッサ２５０から送り出されたアノードオフガスを、排気ガスとして排出するか、逆止弁２７０およびマスフローコントローラ２３０を介してアノードガスとして循環させるか切り替える。なお、配管２８０ｃには、圧力計２９０が接続されており、マスフローコントローラ２３０から燃料電池１００のアノードへ供給されるアノードガスの圧力が計測される。
【００１９】
カソードガス給排系３００は、空気（Ａｉｒ）供給源３１０と、コンプレッサ（Ｃ１）３２０と、マスフローコントローラ（Ｃ４）３３０と、切替弁（Ｃ３）３４０と、コンプレッサ（Ｃ２）３５０とを備える。このカソードガス給排系３００は、燃料電池１００を構成する燃料電池セルのカソード（以下、「燃料電池１００のカソード」と略す）に、空気供給源３１０から、配管３８０ａ、コンプレッサ３２０、配管３８０ｂ、マスフローコントローラ３３０、配管３８０ｃを介して、酸化ガスである酸素を含む空気をカソードガスとして供給する。この際、コンプレッサ３２０は、空気供給源３１０から供給される空気をシステム制御部６００からの指示に従った圧力でマスフローコントローラ３３０へ向けて送り出す。また、マスフローコントローラ３３０は、システム制御部６００からの指示に従った流量でカソードガスを燃料電池１００のカソードへ供給する。なお、空気供給源としては、例えば、大気を用いることができる。
【００２０】
また、カソードガス給排系３００は、燃料電池１００のカソードから排出されたカソードオフガスを、配管３８０ｄ、切替弁３４０、配管３８０ｅ、コンプレッサ３５０、および、配管３８０ｆを介して、配管３８０ｂに戻し、再びカソードガスとして循環させる。なお、カソードオフガスは、電気化学反応に供された後の空気であり、反応に供された酸素分の濃度が低下している。この際、切替弁３４０は、システム制御部６００からの指示に従って、燃料電池１００のカソードから排出されたカソードオフガスを、排気ガスとして排出するか、コンプレッサ３５０を介してマスフローコントローラ３３０の入り口に戻し、再びカソードガスとして循環させるかを切り替える。また、コンプレッサ３５０は、燃料電池１００のカソードから排出されるカソードオフガスをシステム制御部６００からの指示に従った圧力でマスフローコントローラ３３０へ向けて送り出す。なお、配管３８０ｃには、圧力計３９０が接続されており、マスフローコントローラ３３０から燃料電池１００のカソードへ供給されるカソードガスの圧力が計測される。また、配管３８０ｄには、露点計３９２が接続されており、燃料電池１００のカソードから排出されたカソードオフガスの湿度が計測される。
【００２１】
冷却装置４００は、２つの配管４１０ａ，４１０ｂを介して燃料電池１００に接続されており、配管４１０ａを介して、冷却媒体を供給し、配管４１０ｂを介して、冷却に供された後の冷却媒体を受け取ることにより、冷却媒体を循環させて、燃料電池１００の冷却を実行する。冷却媒体としては、水、空気等を用いることができる。
【００２２】
電力出力系５００は、電力出力制御部５１０と、駆動用出力回路５２０と、補機用出力回路５３０と、蓄電用出力回路５４０と、を備える。電力出力制御部５１０は、システム制御部６００からの指示に従って、駆動用出力回路５２０、補機用出力回路５３０、及び、蓄電用出力回路５４０に対して、燃料電池１００から出力される電力の振り分けを制御する。なお、駆動用出力回路５２０は、負荷要求に対応する電力を負荷に対して供給する回路である。例えば、負荷がモータの場合には、このモータを駆動するためのインバータ回路が、駆動用出力回路５２０に相当する。また、補機用出力回路５３０は、燃料電池システム１０を動作させるために必要な電力、例えば、電力出力系５００やシステム制御部６００の電源、コップレッサ、切替弁、冷却装置等の種々の装置に対して電力を供給する回路である。蓄電用出力回路５４０は、蓄電池（図示しない）を充電するための電力を供給する回路である。なお、燃料電池の負荷は、本来、燃料電池の電力を利用するもの全てを意味するが、本明細書では、補機用出力回路５３０や蓄電用出力回路５４０を除く駆動用出力回路５２０のみを意味するものとする。
【００２３】
システム制御部６００は、受け取った負荷要求に応じて、燃料電池システム１０の動作を制御する。例えば、燃料電池車に搭載された燃料電池システムの場合には、アクセルの開度（負荷要求）に応じて、燃料電池システム１０の各部の動作を制御することにより、燃料電池１００の発電量を制御する。
【００２４】
本実施例の燃料電池システム１０は、以下で説明する負荷要求の状態に応じた動作に特徴を有している。
【００２５】
Ａ２．負荷状態対応動作：
図２は、システム制御部６００において実行される負荷状態監視処理を示す説明図である。この負荷状態監視処理は、燃料電池システム１０の運転動作中において常時実行される。まず、システム制御部６００に入力される負荷要求に基づいて、駆動負荷の状態がＡ：負荷要求無状態であるか、Ｂ：負荷要求有状態であるかを判定する（ステップＳ１０）。負荷要求無状態の場合には、図２に示した負荷要求無状態対応象処理の開始を指示し（ステップＳ２０）、負荷要求有状態の場合には、図８に示した負荷要求有状態対応処理の開始を指示する（ステップＳ３０）。そして、入力される負荷要求に基づいて、負荷要求状態の変動の発生を監視する(ステップＳ４０)。このとき、負荷要求状態に変動が発生した場合には、ステップＳ１０に戻って、駆動負荷の状態判定、および、負荷要求無状態対応処理または負荷要求有状態対応処理を繰り返す。以下では、まず、負荷要求無状態の場合に実行される負荷要求無状態対応処理について説明し、続いて、負荷要求有状態となった場合に実行される負荷要求有状態対応処理について説明する。
【００２６】
（１）負荷要求無状態対応処理
図３は、図２のステップＳ２０において実行される負荷要求無状態対応処理を示す説明図である。まず、電力出力制御部５１０を制御して、燃料電池１００から出力される電力を制御することにより、燃料電池１００の出力電圧Ｖｆｃが無負荷要求時の設定電圧Ｖｏｃとなるように制御する（ステップＳ２１０）。具体的には、例えば、燃料電池１００に対して実際に要求する負荷を変化させて、燃料電池１００からの出力電流を変化させることにより、出力電圧Ｖｆｃを無負荷要求時の設定電圧Ｖｏｃとなるように制御することができる。
【００２７】
そして、燃料電池１００の出力電力Ｗｆｃが、無負荷要求状態においても、必要電力Ｗｏｃ以上であるか否か判断する（ステップＳ２２０）。なお、この必要電力Ｗｏｃは、補機用出力回路５３０によって供給される電力、例えば、電力出力系５００やシステム制御部６００の電源、コップレッサ、切替弁、冷却装置等の種々の装置を動作させるために必要な電力、すなわち、燃料電池システム１０を動作させるために必要な電力や、蓄電用出力回路５４０によって蓄電池の充電用に供給される電力である。
【００２８】
出力電力Ｗｆｃが必要電力Ｗｏｃ以上である場合には、カソード循環量制御の開始を指示する（ステップＳ２３０）。これにより、図４に示したカソード循環量制御が開始される。そして、カソード循環量制御の終了を監視し（ステップＳ２４０）、カソード循環量制御が終了した場合には、Ａｉｒ供給量制御の開始を指示する（ステップＳ２５０）。これにより、図７に示したＡｉｒ供給量制御が開始される。そして、Ａｉｒ供給量制御の終了を監視し（ステップＳ２６０）、Ａｉｒ供給量制御が終了した場合には、ステップＳ２３０に戻ってカソード循環量制御の開始を指示（ステップＳ２３０）することにより、カソード循環量制御が繰り返される。
【００２９】
以上のように、無負荷要求無状態対応処理では、カソード循環量制御およびＡｉｒ供給量制御が繰り返し実行される。なお、この無負荷要求無状態対象処理は、上記負荷状態監視処理において、負荷要求無状態から負荷要求有状態への変動が発生した場合に、割り込み処理が発生して終了する。
【００３０】
図４は、カソード循環量制御を示す説明図である。カソード循環量制御を開始すると、まず、温度計１０２によりセル温度Ｔｃを、圧力計３９０によりカソードガス圧力Ｐｃａを、電力出力制御部５１０に含まれる電流計（不図示）により出力電流Ｉｆｃを測定する（ステップＳ３０２）。なお、測定したセル温度Ｔｃ、カソードガス圧力Ｐｃａ、および、出力電流Ｉｆｃの値を、それぞれＴ−１、Ｐ−１、および、Ｉ−１とする。
【００３１】
そして、セル温度Ｔｃが基準温度Ｔｈ以上であるか否か判断し（ステップＳ３０４）、カソード循環量の制御を実行するか否か決定する。セル温度Ｔｃが基準温度Ｔｈ以上である場合には、カソード循環量の制御を実行する必要があると判断し、以下で説明するステップＳ３０６〜Ｓ３２２の処理を実行する。一方セル温度Ｔｃが基準温度Ｔｈ未満である場合には、カソード循環量の制御を実行する必要は無いと判断し、以下で説明するステップＳ３２４の処理を実行する。
【００３２】
カソード循環量の制御を実行する必要がある場合には、まず、マップ１から、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−１およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−１において、運転可能な許容湿度の下限値（最低許容湿度）に対応するカソード出口湿度Ｄｏの下限値ＤＬ（Ｔ−１，Ｐ−１）を見積もる（ステップ３０６）。
【００３３】
図５は、マップ１を示す説明図である。このマップ１は、図５（Ａ）に示すように、セル温度Ｔｃと、カソードガス圧力Ｐｃａと、カソード出口湿度Ｄｏとの関係を３次元で表しており、三角錐状の立体領域（クロスハッチングで示す領域）が運転不可領域を示し、それより外側の領域が運転可能領域を示している。カソード出口湿度Ｄｏは燃料電池セル内の湿度を示す指標であり、カソード出口湿度Ｄｏが高いほど燃料電池セル内の湿度は高く、低いほど低くなる。カソードガス圧力Ｐｃａは燃料電池１００内に供給されるカソードガスの圧力を示している。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）は、それぞれ、セル温度Ｔｃ＝Ｔｃ０，Ｔｃ１（＞Ｔｃ０），ＴＣ２（＞Ｔｃ１）におけるマップ１の運転不可領域と運転可能領域の関係を示している。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）からわかるように、マップ１は、セル温度Ｔｃが高いほど運転不可領域が大きくなるような形状を有している。また、カソードガス圧力Ｐｃａが高いほど、カソード出口湿度Ｄｏは低くても運転可能であり、カソードガス圧力Ｐｃａが低いほど、カソード出口湿度Ｄｏは高くなければ運転可能とはならない。なお、このマップ１は、あらかじめ、セル温度Ｔｃと、カソードガス圧力Ｐｃａと、カソード出口湿度Ｄｏとの関係を実測して求めて、システム制御部６００の図示しない記憶領域に記憶されている。
【００３４】
下限値（最低許容湿度）ＤＬは、例えば、セル温度Ｔｃの値Ｔ−１をＴｃ２とすると、図５（Ｄ）に示すように、カソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−１を示す線（破線）と、運転不可領域と運転可能領域の境界線（二点鎖線）とが交わる点におけるカソード出口湿度Ｄｏの値を求めることにより、求めることができる。なお、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−１およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−１において、見積もったカソード出口湿度Ｄｏの下限値ＤＬ（Ｔ−１，Ｐ−１）の値を、ＤＬ−１とする。
【００３５】
また、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−１、カソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−１、および、出力電流Ｉｆｃ＝Ｉ−１に対応するマップ２を抽出する（ステップＳ３０８）。なお、このマップ２については後で説明する。
【００３６】
次に、露点計３９２によりカソード出口湿度Ｄｏを測定する（ステップＳ３１０）。なお、測定したカソード出口湿度Ｄｏの値をＤ−１とする。そして、測定値Ｄ−１が上限値ＤＵよりも大きいか否か判定し（ステップＳ３１２）、また、下限値ＤＬ−１よりも大きいか否か判定する（ステップＳ３１４）。なお、上限値ＤＵは実験的にあらかじめ求めて、システム制御部６００の図示しない記憶領域に記憶されている。
【００３７】
測定値Ｄ−１が上限値ＤＵよりも大きい場合には、カソード循環量の制御を実行する必要は無いと判断し、後述するステップＳ３２４の処理を実行する。また、測定値Ｄ−１が下限値ＤＬ−１以下の場合には、燃料電池セル内の湿度が低すぎるため、カソード循環運転は不可と判断し、一定時間ｔｃの間燃料電池１００を冷却する（ステップＳ３２２）。なお、この冷却は、冷却装置４００の動作を制御することにより実行される。さらにまた、測定値Ｄ−１が上限値ＤＵよりも小さいが下限値ＤＬ−１よりも大きい場合には、測定値Ｄ−１に対応する循環流量Ｚｔをマップ２に基づいて決定する（ステップＳ３１６）。
【００３８】
図６は、マップ２を示す説明図である。このマップ２は、図６（Ａ）に示すように、循環流量Ｚｔでカソードガスを循環する直前の制御前ガス湿度Ｄｏｂと一定のサンプリング間隔ｔｓの間にカソードガスが循環された後の制御後ガス湿度Ｄｏａとの関係を３次元の平面領域（クロスハッチングで示す領域）で示している。先に求めたように、燃料電池１００を運転可能状態に維持するためには、制御後ガス湿度Ｄｏａが最低許容湿度ＤＬ以上である必要がある。そこで、制御後ガス湿度Ｄｏａを、最低許容湿度ＤＬの下限値ＤＬ−１にマージンＤαを加算した値ＤＬαとし、制御後ガス湿度Ｄｏａをこの値ＤＬαとした場合（図６（Ａ）のハッチングで示す面）における、制御前ガス湿度Ｄｏｂに対するガスの循環流量Ｚｔとの関係が、図６（Ｂ）に示すように求められる。そして、図６（Ｂ）に示した関係から制御前ガス湿度Ｄｏｂが、測定値Ｄ−１である場合における循環流量の上限値（許容循環流量最大値）ＺＵｃが循環流量Ｚｔとして決定される。ただし、現時点における循環流量が許容循環流量最大値ＺＵｃ以下であるならば、その値をそのまま循環流量Ｚｔとして用いてもよい。なお、この決定した循環流量ＺｔをここではＺｔ−１とする。
【００３９】
そして、求めた循環流量Ｚｔ（＝Ｚｔ−１）が循環流量の下限値（許容循環流量最小値）ＺＬｃよりも大きいか否か判断する（ステップＳ３１８）。なお、この許容循環流量最小値ＺＬｃは、燃料電池セル内にカソードガスの分配が最低限うまく行なわれる量であり、実験的に決定される。
【００４０】
決定した循環流量Ｚｔ（＝Ｚｔ−１）が許容循環流量最小値ＺＬｃ以下の場合には、カソード循環がうまく行なわれないので、カソード循環を行なわないこととする（（Ｃ１：ＯＮ，Ｃ２：ＯＦＦ，Ｃ３：排気）。なお、このときには、一定時間ｔｃの間冷却を実行し（ステップＳ３２２）、循環量制御の先頭に戻る。なお、一定時間ｔｃの間の冷却は冷却装置４００により実行される。
【００４１】
一方、決定した循環流量Ｚｔ（＝Ｚｔ−１）が許容循環流量最小値ＺＬｃよりも大きい場合には、ステップＳ３２０において、循環流量Ｚｔ（＝Ｚｔ−１）でカソードガス循環を開始することとする（Ｃ１：ＯＦＦ，Ｃ２：ＯＮ，Ｃ３：循環，Ｃ４：循環流量Ｚｔ＝Ｚｔ−１）。
【００４２】
ところで、上記したように、ステップＳ３０４においてセル温度Ｔｃが基準温度Ｔｈ未満であった場合、ステップＳ３１２において測定値Ｄ−１が上限値ＤＵよりも大きかった場合には、カソード循環量の制御を実行する必要は無いと判断され、ステップＳ３２４において、あらかじめ決められた循環流量Ｚｒでカソードガス循環を実行する（Ｃ１：ＯＦＦ，Ｃ２：ＯＮ，Ｃ３：循環、Ｃ４：循環流量Ｚｔ＝Ｚｒ）。
【００４３】
そして、一定のサンプリング間隔ｔｓの間待機し(ステップ３２６)、出力電圧Ｖｆｃ≦Ｖｏｃ，出力電力Ｗｆｃ≧Ｗｏｃであるかいなか判断する（ステップＳ３２８）。そして、出力電圧Ｖｆｃ≦Ｖｏｃ，出力電力Ｗｆｃ≧Ｗｏｃであるならば、先頭に戻ってカソード循環量制御処理を繰り返し実行する。一方、出力電圧Ｖｆｃ＞Ｖｏｃあるいは出力電力Ｗｆｃ＜Ｗｏｃである場合には、必要な出力電力を得ることができないため、このままカソード循環流量制御を繰り返すことはできないと判断し、カソード循環量制御処理を終了する。
【００４４】
なお、カソード循環量制御処理が終了した場合には、図３のステップＳ２４０でカソード循環量制御の終了と判断され、上記したように、ステップＳ２５０のＡｉｒ供給量制御の開始が指示される。
【００４５】
図７は、Ａｉｒ供給量制御を示す説明図である。Ａｉｒ供給量制御を開始すると、まず、温度計１０２によりセル温度Ｔｃを、圧力計３９０によりカソードガス圧力Ｐｃａを、電力出力制御部５１０に含まれる電流計（不図示）により出力電流Ｉｆｃを測定する（ステップＳ４０２）。なお、測定したセル温度Ｔｃ、カソードガス圧力Ｐｃａ、および、出力電流Ｉｆｃの値を、それぞれＴ−２、Ｐ−２、および、Ｉ−２とする。
【００４６】
そして、マップ１から、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−２およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−２における最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−２，Ｐ−２）を見積もる（ステップＳ４０４）。なお、見積もった最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−２，Ｐ−２）の値をＤＬ−２とする。
【００４７】
また、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−２、カソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−２、および、出力電流Ｉｆｃ＝Ｉ−２に対応するマップ３を抽出する（ステップＳ４０６）。なお、このマップ３については後で説明する。
【００４８】
次に、露点計３９２によりカソード出口湿度Ｄｏを測定する（ステップＳ４０８）。なお、測定したカソード出口湿度Ｄｏの値をＤ−２とする。そして測定値Ｄ−２が下限値ＤＬ−２よりも大きいか否か判定する（ステップＳ４１０）。
【００４９】
測定値Ｄ−２が下限値ＤＬ−２以下の場合には、燃料電池セル内の湿度が低すぎるため、運転は不可と判断し、ステップＳ４２０へ進んで、一定時間ｔｃの間燃料電池１００を冷却した(ステップＳ４２０)後、先頭に戻ってＡｉｒ供給量制御を繰り返す。なお、この冷却は、冷却装置４００の動作を制御することにより実行される。一方、測定値Ｄ−２が下限値ＤＬ−２よりも大きい場合には、測定値Ｄ−２に対応する供給流量Ｚｓをマップ３に基づいて決定する(ステップＳ４１２)。
【００５０】
図８は、マップ３を示す説明図である。このマップ３は、図８（Ａ）に示すように、供給流量Ｚｓでカソードガスを供給する直前の制御前ガス湿度Ｄｏｂとサンプリング間隔ｔｓの間カソードガスを供給した後の制御後ガス湿度Ｄｏａとの関係を３次元の平面領域（クロスハッチングで示す領域）で示している。先に求めたように、制御後ガス湿度Ｄｏａは最低許容湿度ＤＬ（＝ＤＬ−２）以上である必要がある。そこで、制御後ガス湿度Ｄｏａを、最低許容湿度ＤＬの下限値ＤＬ−２にマージンＤβを加算した値ＤＬβとし、制御後ガス湿度Ｄｏａをこの値ＤＬβとした場合（図８（Ａ）のハッチングで示す面）における、制御前ガス湿度Ｄｏｂに対するガス供給流量Ｚｓとの関係が、図８（Ｂ）に示すように求められる。そして、図８（Ｂ）に示した関係から制御前ガス湿度Ｄｏｂが、測定値Ｄ−２である場合における供給流量の上限値（許容供給流量最大値）ＺＵｓｃが供給流量Ｚｓとして決定される。ただし、現時点における供給流量がＺＵｓｃ以下であるならば、その値をそのまま供給流量Ｚｓとしてもよい。なお、この決定した供給流量ＺｓをここではＺｓ−１とする。
【００５１】
次に、ステップＳ４１４において、決定した供給流量Ｚｓ（＝Ｚｓ−１）でカソードガス供給を実行し（Ｃ１：ＯＮ、Ｃ２：ＯＦＦ，Ｃ３：排気（供給分））、サンプリング間隔ｔｓの間待機する（ステップＳ４１６）。
【００５２】
そして、出力電圧Ｖｆｃ≦Ｖｏｃ，出力電力Ｗｆｃ≧Ｗｏｃであるかいなか判断する（ステップＳ４１８）。このとき、出力電圧Ｖｆｃ＞Ｖｏｃあるいは出力電力Ｗｆｃ＜Ｗｏｃである場合には、この運転を実行することはできないと判断し、ステップＳ４２０へ進んで、一定時間ｔｃの間燃料電池１００を冷却した後、先頭に戻ってＡｉｒ供給量制御を繰り返す。一方、出力電圧Ｖｆｃ≦Ｖｏｃ，出力電力Ｗｆｃ≧Ｗｏｃであるならば、Ａｉｒ供給量制御を終了する。
【００５３】
Ａｉｒ供給量制御処理が終了した場合には、図３に示したステップＳ２６０でＡｉｒ供給量制御処理の終了と判断され、上記したように、ステップＳ２３０のカソード循環量制御の開始が再度指示される。
【００５４】
以上説明したように、負荷要求無状態では、図３に示したステップＳ２０における負荷要求無状態対応処理が開始される。このとき、図３〜図８に示したカソード循環量制御およびＡｉｒ供給量制御が行われ、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態で維持しつつ、カソード循環によって開回路電圧を許容電圧として設定された所定値以下となるように運転することが可能となる。
【００５５】
なお、この負荷要求無状態対応処理は、図２のステップＳ１０において負荷要求有状態と判定されたときに、割り込み処理が発生して停止される。
【００５６】
（２）負荷要求有状態対応処理
図９は、図２のステップＳ３０において実行される負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。負荷要求無状態から負荷要求有状態に変化し、負荷要求有状態対応処理を開始すると、まず、要求負荷に対応する要求負荷電力Ｗｆｒｑ，要求負荷電流Ｉｆｒｑを得るために必要な要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出する（ステップＳ４５２）。例えば、要求負荷電力Ｗｆｒｑ＝Ｗ−３とする。このとき、あらかじめ求められている燃料電池の出力電流Ｉｆｃと出力電力Ｗｆｃとの関係から、要求負荷電力Ｗｆｒｑ＝Ｗ−３に対応する要求負荷電流Ｉｆｒｑ＝Ｉ−３を求めることができる。そして、あらかじめ求められているガスの供給流量Ｚｓと出力電流Ｉｆｃとの関係から、要求負荷電流Ｉｆｒｑ＝Ｉ−３を得るための要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを求めることができる。
【００５７】
そして、ステップＳ４５４において、カソードガス循環を停止するとともにガスの供給流量Ｚｓを要求ガス供給流量Ｚｓｒｑにして通常運転を開始する（Ｃ１：ＯＮ，Ｃ２：ＯＦＦ，Ｃ３：排気，Ｃ４：Ｚｓｒｑ）。
【００５８】
上記のようにして通常運転を開始した後は、同様に、要求負荷を得るための要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出し（ステップＳ４５６）、ガスの供給流量Ｚｓを要求ガス供給流量Ｚｓｒｑにした運転を実行し（ステップＳ４５８）、通常運転処理を継続する。
【００５９】
なお、この負荷要求有状態対応処理は、図２のステップＳ１０において負荷要求無状態と判定されたときに、割り込み処理が発生して停止される。
【００６０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システム１０では、負荷からの要求がない無負荷運転状態において、燃料電池セルの湿潤状態に応じてガスの循環流量を調整しながらカソード循環を実行することができるので、カソード循環によって開回路電圧を許容電圧として設定された所定値以下とするとともに、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態に維持して、燃料電池の発電性能の低下を抑制することが可能である。
【００６１】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例において実行される負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。本実施例は、この負荷要求有状態対応処理を除いて第１実施例と全く同じであるので、以下では、この負荷要求有状態対応処理についてのみ説明を加える。
【００６２】
負荷要求無状態から負荷要求有状態に変化し、負荷要求有状態対応処理を開始すると、まず、図９のステップＳ４５２と同様に、要求負荷に対応する要求負荷電力Ｗｆｒｑ，要求負荷電流Ｉｆｒｑを得るために必要な要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出する（ステップＳ５０２）。
【００６３】
次に、温度計１０２によりセル温度Ｔｃを、圧力計３９０によりカソードガス圧力Ｐｃａを測定する（ステップＳ５０４）。なお、測定したセル温度Ｔｃ、カソードガス圧力Ｐｃａの値を、それぞれＴ−３、Ｐ−３とする。また、出力電流Ｉｆｃである要求負荷電流ＩｆｒｑをＩ−３とする。
【００６４】
そして、図４のステップＳ３０６と同様に、マップ１から、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−３およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−３における最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−３，Ｐ−３）を見積もる（ステップＳ５０６）。なお、見積もった最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−３，Ｐ−３）の値をＤＬ−３とする。
【００６５】
また、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−３、カソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−３、および、出力電流Ｉｆｃ＝Ｉ−３に対応するマップ４を抽出する（ステップＳ５０８）。なお、このマップ４は、第１実施例で説明したマップ３（図８参照）と同様である。
【００６６】
次に、露点計３９２によりカソード出口湿度Ｄｏを測定する（ステップＳ５１０）。なお、測定したカソード出口湿度Ｄｏの値をＤ−３とする。そして測定値Ｄ−３が下限値ＤＬ−３よりも大きいか否か判定する（ステップＳ５１２）。
【００６７】
測定値Ｄ−３が下限値ＤＬ−３以下の場合には、燃料電池セル内の湿度が低すぎるため、運転は不可と判断し、ステップＳ５１４へ進んで、蓄電池による出力を実行するとともに、一定時間ｔｃの間燃料電池１００を冷却した(ステップＳ５１６)後、ステップＳ５０４からの処理を繰り返す。なお、この冷却は、冷却装置４００の動作を制御することにより実行される。
一方、測定値Ｄ−３が下限値ＤＬ−３よりも大きい場合には、図７のステップＳ４１２における供給流量Ｚｓの決定と同様に、測定値Ｄ−３に対応する供給流量Ｚｓａをマップ４に基づいて決定する(ステップＳ５１８)。
【００６８】
そして、求めた供給流量Ｚｓａが要求ガス供給流量Ｚｓｒｑ以上であるか否か判断する（ステップＳ５２０）。Ｚｓａ＜Ｚｓｒｑの場合には、ステップＳ５２２へ進んで、ガスの供給流量ＺｓをＺｓａに制限し、カソードガス循環を停止して運転を実行し（Ｃ１．ＯＮ，Ｃ２：ＯＦＦ，Ｃ３：排気，Ｃ４：Ｚｓａ）、一定のサンプリング間隔ｔｓの経過を待って（ステップＳ５２４）、ステップＳ５０４からの処理を繰り返す。一方、Ｚｓａ≧Ｚｓｒｑの場合には、ステップＳ５２６へ進んで、ガスの供給流量ＺｓをＺｓｒｑに設定し、カソードガス循環を停止して通常運転を開始するＣ１：ＯＮ，Ｃ２：ＯＦＦ，Ｃ３：排気，Ｃ４：Ｚｓｒｑ）。
【００６９】
上記のようにして通常運転を開始した後は、同様に、要求負荷を得るための要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出し（ステップＳ５２８）、ガスの供給流量Ｚｓを要求ガス供給流量Ｚｓｒｑにした運転を実行し（ステップＳ５３０）、通常運転処理を継続する。
【００７０】
ここで、第１実施例における負荷要求有状態対応処理では、負荷要求が発生した場合には、要求負荷に対応する要求ガス供給流量で運転を開始する。この場合、その要求ガス供給流量では、燃料電池セルの湿潤常状態を運転可能な状態に維持できない可能性が高い。一方、本実施例の負荷要求有状態対応処理では、負荷要求が発生した場合に、要求負荷に対応する要求ガス供給流流量で運転した場合に、燃料電池が運転可能な湿度状態を維持できるか否か判断する。そして、運転可能な状態となるまで、ガスの供給流量を制限して運転し、運転可能な状態となった時点で要求負荷に対応する要求ガス供給流量で運転を実行することができるので、燃料電池セルの湿潤状態を運転可能な状態に維持しつつ運転することが可能である。
【００７１】
Ｃ．第３実施例：
図１１は、第３実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ａは、燃料電池１００と気液分離器２４０とを繋ぐ配管２８０ｄに露点計２９２が接続されている点を除いて、第１実施例の燃料電池システム１０と全く同じである。この露点計２９２により、燃料電池１００のアノードから排出されたアノードオフガスの湿度が計測される。
【００７２】
本実施例においても、第１実施例と同様に、システム制御部６００において負荷状態の監視が実行される（図２参照）。本実施例と第１実施例とでは、以下で説明するように、負荷要求無状態においてカソード循環量制御に加えてアノード循環量制御を実行する点が異なっている。そして、この相違点に対応するために、図２のステップＳ２０において実行される負荷要求無状態対応処理およびステップＳ３０において実行される負荷要求有状態対応処理が異なっている。そこで、以下では、本実施例における負荷要求無状態対応処理および負荷要求有状態対応処理について順に説明する。
【００７３】
図１２は、第３実施例における負荷要求無状態対応処理を示す説明図である。本実施例の負荷要求無状態対応処理は、図３に示した第１実施例における負荷要求無状態対応処理と比較すればわかるように、ステップＳ２３０においてカソード循環量制御の開始を指示した後、ステップＳ２３５においてアノード循環量制御の開始を指示している点のみが異なっている。そこで、以下では、このアノード循環量制御について説明する。
【００７４】
図１３は、アノード循環量制御を示す説明図である。なお、アノード循環量制御は、通常運転時においても実行されているが、負荷要求無状態においては、特に、以下で説明する制御を実行する。
【００７５】
アノード循環量制御を開始すると、まず、サンプリング間隔ｔｓの間待機し（ステップＳ６０２）、次に、温度計１０２によりセル温度Ｔｃを、圧力計３９０によりカソードガス圧力Ｐｃａを、電力出力制御部５１０に含まれる電流計（不図示）により出力電流Ｉｆｃを測定する（ステップＳ６０４）。なお、測定したセル温度Ｔｃ、カソードガス圧力Ｐｃａ、および、出力電流Ｉｆｃの値を、それぞれＴ−５、Ｐ−５、および、Ｉ−５とする。
【００７６】
そして、図４のステップＳ３０６と同様に、マップ１から、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−５およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−５における最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−５，Ｐ−５）を見積もる（ステップＳ６０６）。なお、見積もった最低許容湿度の下限値ＤＬ（Ｔ−５，Ｐ−５）の値をＤＬ−５とする。
【００７７】
次に、露点計３９２によりカソード出口湿度Ｄｏを測定する（ステップＳ６０８）。なお、測定したカソード出口湿度Ｄｏの値をＤ−５で表すこととする。そして測定値Ｄ−５が下限値ＤＬ（＝ＤＬ−５）に適当なマージンＤγを加えた値ＤＬγよりも大きいか否か判定する（ステップＳ６１０）。
【００７８】
測定値Ｄ−５が値ＤＬγ以下の場合には、ステップＳ６０２〜Ｓ６０８の処理を繰り返す。一方、測定値Ｄ−５が値ＤＬγよりも大きい場合には、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−５、カソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−５、および、出力電流Ｉｆｃ＝Ｉ−５に対応するマップ５を抽出する（ステップＳ６１２）。なお、このマップ５は、第１実施例で説明したマップ２（図６参照）と同様である。
【００７９】
次に、図５のステップＳ３１６におけるカソードガスの循環流量Ｚｔの決定と同様に、測定値Ｄ−５に対応するアノードガスの循環流量Ｚｔａをマップ５に基づいて決定する(ステップＳ６１４)。そして、ステップＳ６１６において、決定した循環流量Ｚｔａでアノードガス循環を開始し（Ａ１：ＯＦＦ，Ａ２：ＯＮ，Ａ３：循環，Ａ４：循環流量Ｚｔａ）、サンプリング間隔ｔｓの間待機（ステップＳ６１８）した後、ステップＳ６０８に戻って、カソード出口湿度Ｄｏで表される燃料電池セルの湿度に応じてアノード循環量の制御を繰り返し実行する。
【００８０】
ここで、気液分離器２４０における気液分離の状態を調整することにより、燃料電池１００に供給するアノードガスの湿潤状態を調整することが容易である。このため、燃料電池１００のアノードに供給されたアノードガスに含まれる水分がカソード側に拡散されることにより、燃料電池セルのカソード側の湿潤状態をアノードガスの循環量を制御することにより調整することが可能となる。この結果、第１実施例におけるカソード循環量の制御に加えて、アノード循環量の制御を実行することにより、燃料電池セルの湿潤状態を適切な状態に維持することがより容易となる。場合によっては、アノード循環量の制御を実行すれば、あらかじめ定めた基準の循環量でカソード循環させるだけでよい可能性もある。
【００８１】
図１４は、第３実施例における負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。負荷要求無状態から負荷要求有状態に変化し、負荷要求有状態対応処理を開始すると、まず、図１０のステップＳ５０２と同様に、要求負荷に対応する要求負荷電力Ｗｆｒｑ，要求負荷電流Ｉｆｒｑを得るために必要な要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出する（ステップＳ７０２）。
【００８２】
次に、露点計２９２によりアノード出口湿度Ｄａｏを測定する（ステップＳ７０４）。なお、測定したアノード出口湿度Ｄａｏの値をＤａ−１とする。また、温度計１０２によりセル温度Ｔｃを、圧力計３９０によりカソードガス圧力Ｐｃａを測定する（ステップＳ７０４）。なお、測定したセル温度Ｔｃ、カソードガス圧力Ｐｃａの値を、それぞれＴ−６、Ｐ−６とする。
【００８３】
そして、マップ６から、セル温度Ｔｃ＝Ｔ−６およびカソードガス圧力Ｐｃａ＝Ｐ−３における最低許容湿度の下限値ＤＬａ（Ｔ−６，Ｐ−６）を見積もる（ステップＳ７０８）。なお、マップ６は、第１実施例で説明したマップ１（図５参照）と同様である。
【００８４】
次に、アノード出口湿度Ｄａｏの測定値Ｄａ−１が下限値ＤＬａより大きいか否か判定する（ステップＳ７１０）。
【００８５】
測定値Ｄａ−１が下限値ＤＬａ以下の場合には、燃料電池セル内の湿度が低すぎるため、運転は不可と判断し、ステップＳ７１２へ進んで、蓄電池による出力を実行するとともに、一定時間ｔｃの間燃料電池１００を冷却した(ステップＳ７１４)後、ステップＳ７０４からの処理を繰り返す。なお、この冷却は、冷却装置４００の動作を制御することにより実行される。
一方、測定値Ｄａ−１が下限値ＤＬａよりも大きい場合には、ステップＳ７１６へ進んで、ガスの供給流量Ｚｓを要求ガス供給流量Ｚｓｒｑに設定し、カソードガス循環を停止して通常運転を開始する。
【００８６】
上記のようにして通常運転を開始した後は、同様に、要求負荷を得るための要求ガス供給流量Ｚｓｒｑを算出し（ステップＳ７１８）、ガスの供給流量Ｚｓを要求ガス供給流量Ｚｓｒｑにした運転を実行し（ステップＳ７２０）、通常運転処理を継続する。
【００８７】
ここで、第１実施例における負荷要求有状態対応処理では、負荷要求が発生した場合には、要求負荷に対応する要求ガス供給流量で運転を開始する。この場合、その要求ガス供給流量では、燃料電池セルの湿潤常状態を運転可能な状態を維持できない可能性が高い。また、第２実施例における負荷要求有状態対応処理では、負荷要求が発生した場合において、運転可能なガスの供給流量に制限して運転を開始し、要求ガス供給流量で運転開始可能な状態となるのを待ってから、要求ガス供給流量で運転を開始する。一方、本実施例の負荷要求有状態対応処理では、アノード循環量制御によって燃料電池セルの湿潤状態を、十分高い状態に維持することができるので、燃料電池セルの湿潤状態を運転可能な状態で維持しつつ、直ちに要求ガス供給流量で運転を開始することが可能となる。
【００８８】
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】システム制御部６００において実行される負荷状態監視処理を示す説明図である。
【図３】図２のステップＳ２０において実行される負荷要求無状態対応処理を示す説明図である。
【図４】カソード循環量制御を示す説明図である。
【図５】マップ１を示す説明図である。
【図６】マップ２を示す説明図である。
【図７】Ａｉｒ供給量制御を示す説明図である。
【図８】マップ３を示す説明図である。
【図９】図２のステップＳ３０において実行される負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。
【図１０】第２実施例において実行される負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。
【図１１】第３実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】第３実施例における負荷要求無状態対応処理を示す説明図である。
【図１３】アノード循環量制御を示す説明図である。
【図１４】第３実施例における負荷要求有状態対応処理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０...燃料電池システム
１０Ａ...燃料電池システム
１００...燃料電池
１０２...温度計
２００...アノードガス給排系
２１０...水素供給源
２２０...コンプレッサ（Ａ１）
２３０...マスフローコントローラ（Ａ４）
２４０...気液分離器
２５０...コンプレッサ（Ａ２）
２６０...切替弁（Ａ３）
２７０...逆止弁
２８０ａ〜２８０ｈ...配管
２９０...圧力計
２９２...露点計
３００...カソードガス給排系
３１０...空気供給源
３２０...コンプレッサ（Ｃ１）
３３０...マスフローコントローラ（Ｃ４）
３４０...切替弁（Ｃ３）
３５０...コンプレッサ（Ｃ２）
３８０ａ〜３８０ｆ...配管
３９０...圧力計
３９２...露点計
４００...冷却装置
４１０ａ...配管
４１０ｂ...配管
５００...電力出力系
５１０...電力出力制御部
５２０...駆動用出力回路
５３０...補機用出力回路
５４０...蓄電用出力回路
６００...システム制御部
【図１】
2010153079.tif 000003
【図２】
2010153079.tif 000004
【図３】
2010153079.tif 000005
【図４】
2010153079.tif 000006
【図５】
2010153079.tif 000007
【図６】
2010153079.tif 000008
【図７】
2010153079.tif 000009
【図８】
2010153079.tif 000010
【図９】
2010153079.tif 000011
【図１０】
2010153079.tif 000012
【図１１】
2010153079.tif 000013
【図１２】
2010153079.tif 000014
【図１３】
2010153079.tif 000015
【図１４】
2010153079.tif 000016