(57)【要約】【課題】起動性を確保しつつ、通常の運転温度における出力性能の低下を抑制する。【解決手段】制御部４０は、制御モードとして電力制御が選択されている場合、電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力（仮想電力）と、燃料電池において実際に発電される実電力との電力差に基づいて、電流制御への制御モードの切り替えを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて、
反応極に供給される反応ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池が発電すべき電力である目標電力を演算する目標電力演算手段と、
前記目標電力に基づいて前記燃料電池を制御する電力制御を行う電力制御手段と、
前記目標電力に対応する電流値を目標電流として演算するとともに当該演算された目標電流に基づいて前記燃料電池を制御する電流制御を行う電流制御手段と、
制御モードを、前記電力制御手段による電力制御および前記電流制御手段による電流制御から選択する選択手段とを有し、
前記選択手段は、制御モードとして前記電力制御手段による電力制御が選択されている場合、前記電流制御手段による電流制御を選択した際の前記目標電流に対応する電力と、前記燃料電池において実際に発電される実電力との電力差に基づいて、前記電流制御手段による電流制御への前記制御モードの切り替えを判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記選択手段は、システムの起動時に前記燃料電池の発電特性が低下していると判定した場合、制御モードとして前記電力制御手段による電力制御を選択することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記電力差を吸収する充放電手段を有し、
前記選択手段は、前記電力差が、前記充放電手段によって補うことができる電力差の最大値以内である場合に、前記制御モードを前記電力制御手段による電力制御から前記電流制御手段による電流制御へ切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
前記選択手段は、前記燃料電池の温度に基づいて、前記電力差を特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項５】
前記選択手段は、前記制御モードを前記電力制御手段による電力制御から前記電流制御手段による電流制御へ切り替える場合、切り替えの判定タイミングから制御切替時間を経過するタイミングまでの期間において制御モードの切り替えを行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池システムは、燃料電池の発電特性が定格値となるような通常の運転温度の場合、燃料電池の乾燥と湿潤過多（いわゆる、フラッディング）とを抑制するように、システムの運転状態を決定している。しかしながら、乾燥と湿潤過多との双方を抑制する運転範囲は狭いため、燃料電池から取り出す電流値と、運転制御パラメータ（例えば、反応ガスの流量または圧力）との相関関係を符合させる必要がある。そのため、通常の運転温度の場合には、燃料電池から取り出す目標電流を決定した上で、この目標電流に基づいて燃料電池を制御する手法（電流制御）が行われる。
【０００３】
一方で、低温環境での起動時は、燃料電池の温度も低下しているため、発電特性が低下し、また不安定となっている。そのため、発電特性にもとづく発電電力と、燃料電池を動作させるための補機類の消費電力との間に差が生じやすい。この差は、通常の運転温度の場合であれば、二次電池等の充放電手段で吸収することができるが、低温の場合には、充放電手段の特性も低下しているため、充放電手段で吸収することができないことがある。このケースでは、発電電力と、実際に消費される電力とのバランスである電力収支が成り立たず、システムがフェールする可能性がある。そこで、低温の起動時には、上記のような差を発生させないために、燃料電池で発電すべき目標電力を決定した上で、この目標電力に基づいて燃料電池を制御する手法（電力制御）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１８５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、燃料電池が通常の運転温度に復帰しても電力制御が継続されるので、燃料電池の発電特性がずれると、例えば、必要なガス流量より多くの流量が燃料電池に供給されるという不都合がある。そのため、燃料電池が乾燥して電圧が低下する、いわゆる、ドライアウト現象が発生する可能性があり、出力を制限しなければならないという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、起動性を確保しつつ、通常の運転温度における出力性能の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、制御モードとして電力制御手段による電力制御が選択されている場合、電流制御手段による電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力と、燃料電池において実際に発電される実電力との電力差に基づいて、電流制御手段による電流制御への制御モードの切り替えを判定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発電特性が向上し、電力差が少なくなったタイミングを把握することができる。これにより、制御モードを電力制御から電流制御へと適切に切り替えることができる。そのため、電力制御により起動性を確保しつつ、その後、電流制御へと切り替えることにより、出力性能の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【０００９】
燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を介して一対の反応極（燃料極および酸化剤極）が対設された燃料電池構造体を、セパレータを介して複数積層することにより構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極に燃料ガス（反応ガス）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（反応ガス）が供給されることにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。
【００１０】
燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系と、燃料電池スタック１を冷却するための冷却系とが備えられている。
【００１１】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料ガス供給手段から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、水素は、例えば、高圧水素ボンベといった燃料タンク１０に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。
【００１２】
水素供給流路Ｌ１には、燃料タンク１０の下流にタンク元バルブ（図示せず）が設けられているとともに、タンク元バルブの下流に減圧バルブ（図示せず）が設けられている。燃料タンク１０内の水素は、タンク元バルブが開状態とされることにより、水素供給流路Ｌ１へと供給され、減圧バルブによって所定の圧力まで機械的に減圧される。また、水素供給流路Ｌ１には、減圧バルブの下流側に水素調圧バルブ１１が設けられている。水素調圧バルブ１１の開度は、燃料電池スタック１の燃料極における水素の圧力および流量が所望の値となるように、後述する水素循環ポンプ１２の回転数とともに制御部４０によって制御される。
【００１３】
燃料電池スタック１における個々の燃料極から排出される排出ガス（未使用な水素を含むガス）は、水素循環流路Ｌ２に排出される。水素循環流路Ｌ２の他方の端部は、水素供給流路Ｌ１における水素調圧バルブ１１よりも下流側に接続されている。この水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１２といった水素循環手段が設けられている。燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガスは、水素循環手段によって燃料タンク１０からの水素に合流させられることにより、燃料電池スタック１の燃料極に循環させられる。
【００１４】
空気系において、酸化剤ガスである空気は、空気供給手段から空気供給流路Ｌ３を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、空気供給流路Ｌ３には、コンプレッサ２０が設けられている。コンプレッサ２０は、大気（空気）を取り込むとともに、これを加圧して吐出する。加圧された空気は、空気供給流路Ｌ３を介して燃料電池スタック１に供給される。
【００１５】
燃料電池スタック１における個々の酸化剤極から排出される排出ガスは、排出流路Ｌ４を介して外部に排出される。排出流路Ｌ４には、空気調圧バルブ２１が設けられている。この空気調圧バルブ２１の開度は、燃料電池スタック１の酸化剤極における空気の圧力および流量が所望の値となるように、コンプレッサ２０の回転数とともに制御部４０によって制御される。
【００１６】
冷却系は、ラジエータ３０と、このラジエータ３０と燃料電池スタック１との間で冷却液が循環する閉ループ状の循環流路Ｌ５とを有している。ラジエータ３０には、ラジエータ３０を送風するファン（図示せず）が設けられている。循環流路Ｌ５には、冷却液を循環させる循環ポンプ（以下「冷却液循環ポンプ」という）３１が設けられている。冷却液循環ポンプ３１を動作させることにより、循環流路Ｌ５内の冷却液が循環する。燃料電池スタック１の冷却によって温度が上昇した冷却液は、循環流路Ｌ５を経由して、ラジエータ３０に流れ、ラジエータ３０によって冷却される。冷却された冷却液は、燃料電池スタック１に再度供給される。
【００１７】
燃料電池スタック１には、燃料電池スタック１から取り出す出力を制御する出力取出装置２が接続されている。燃料電池スタック１において発電された電力は、出力取出装置２を介して車両駆動用の電動モータ（図示せず）や二次電池３、燃料電池システムを動作させるために必要な補機に供給される。
【００１８】
二次電池３は、例えば、システムに要求される電力（要求電力）に対し、燃料電池スタック１の発電電力が不足する場合、不足分の電力を電動モータなどに供給する。また、二次電池３は、燃料電池スタック１の発電電力が要求電力に対して余剰となった場合、余剰分の電力を蓄電し、また、電動モータの回生電力を蓄電する。
【００１９】
制御部４０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部４０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、演算結果である制御パラメータに対応する制御信号を各種のアクチュエータ（図示せず）に出力する。これにより、各種のバルブの状態、コンプレッサ２０の回転数、および、冷却液循環ポンプ３１の回転数、出力取出装置２などが制御される。
【００２０】
制御部４０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。電流センサ４１は、燃料電池スタック１から取り出される電流を実電流として検出する。電圧センサ４２は、燃料電池スタック１の電圧を実電圧として検出する。温度センサ４３は、燃料電池スタック１の温度をスタック温度として検出するセンサであり、本実施形態では、燃料電池スタック１の温度に対応する冷却液の温度を検出する。
【００２１】
本実施形態との関係において、制御部４０は、燃料電池スタック１が発電すべき電力である目標電力を演算する（目標電力演算手段）。制御部４０は、目標電力に基づいて燃料電池スタック１を制御する電力制御を行う（電力制御手段）。また、制御部４０は、目標電力に対応する電流値を目標電流として演算するとともに、この目標電流に基づいて燃料電池スタック１を制御する電流制御を行う（電流制御手段）。さらに、制御部４０は、制御モードを、電力制御および電流制御から選択する（選択手段）。この場合、制御部４０は、制御モードとして電力制御が選択されている場合、電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力と、燃料電池スタック１において実際に発電される実電力との電力差に基づいて、電流制御への制御モードの切り替えを判定する。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、具体的には、制御モードの切り替え処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、システムの起動に対応して、例えば、イグニッションスイッチのオン信号をトリガーとして、制御部４０によって実行される。
【００２３】
ステップ１（Ｓ１）において、制御部４０は、燃料電池スタック１の発電特性が低下しているか否かを判断する。発電特性を示す燃料電池スタック１の電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）は、温度に依存する。具体的には、燃料電池スタック１は、通常の運転温度から低温状態（例えば、氷点下環境に放置された状態）に向かう程、発電特性が低下するという傾向を有する。なぜならば、例えば、氷点下の環境においてシステムを起動する場合には、燃料電池スタック１における生成水の凍結により、反応ガスが電解質膜まで到達できず、発電不良になると考えられるからである。また、燃料電池スタック１は、温度が高い方が、化学反応がより良好に生じるからである。
【００２４】
そこで、実験やシミュレーションを通じて、発電特性が低下すると想定される燃料電池スタック１の温度を予め取得しておき、これを基準温度として保持しておく。制御部４０は、温度センサ４３から得られるスタック温度と、基準温度とを比較する。制御部４０は、スタック温度が基準温度以下の場合には、発電特性が低下していると判断し、スタック温度が基準温度よりも高い場合には、発電特性が低下していないと判断する。
【００２５】
このステップ１において肯定判定された場合、すなわち、燃料電池スタック１の発電特性が低下している場合には、ステップ２（Ｓ２）に進む。一方、ステップ１において否定判定された場合、すなわち、燃料電池スタック１の発電特性が低下していない場合には、後述するステップ４（Ｓ４）に進む。
【００２６】
ステップ２において、制御部４０は、現在選択されている制御モードを示す制御フラグＦcontを「１」にセットする。制御フラグＦcontは、初期的に、「０」にセットされている。制御部４０は、制御フラグＦcontが「０」にセットされている間には、制御部モードとして、後述する電流制御を選択する。一方、制御部４０は、制御フラグＦcontが「１」にセットされている間には、制御部モードとして、電力制御を選択する。
【００２７】
制御モードとして電力制御を選択した場合、制御部４０は、システムに要求される要求電力に対応して、燃料電池スタック１が発電すべき電力である目標電力を演算する。例えば、燃料電池システムが駆動用電源として車両に搭載されているケースにおいて、要求電力としては、例えば、電動モータの予想消費電力や、システムを駆動する各種の補機の動作電力などを挙げることができる。
【００２８】
制御部４０は、算出された目標電力に基づいて、燃料電池スタック１の運転を制御するための運転制御パラメータと、燃料電池スタック１から取り出す電力を制御するための電力制御パラメータとを演算する。運転制御パラメータは、燃料電池スタック１に供給する反応ガス、すなわち、水素または空気の圧力および流量や、冷却液の流量である。電力制御パラメータは、燃料電池スタック１の電流および電圧である。
【００２９】
制御部４０は、実験やシミュレーションを通じて、種々の目標電力に対応する、運転制御パラメータおよび電力制御パラメータに関するそれぞれの最適値を予め取得しており、これらの対応関係をマップまたは演算式として保持している。そして、制御部４０は、マップまたは演算式を参照した上で、算出された目標電力に基づいて、水素および空気の圧力および流量、冷却液の流量、燃料電池スタック１の電流および電圧をそれぞれ制御パラメータとして算出する。そして、制御部４０は、算出された制御パラメータを指令値として、各種のバルブの状態、コンプレッサ２０の回転数、および、冷却液循環ポンプ３１の回転数、出力取出装置２を制御する。
【００３０】
ステップ３（Ｓ３）において、制御部４０は、制御モードの切り替えを行うか否か、すなわち、システムの起動時に制御モードとして電力制御が選択されたことを前提として、これを電流制御に切り替えるか否かを判断する。
【００３１】
図３は、制御モードの切替判定の概念を示す説明図である。同図において、線Ｃ０は、通常の運転温度における燃料電池スタック１のＩ−Ｖ特性を示す。このＩ−Ｖ特性より、ある電流値ｉ０に対応する燃料電池スタック１の発電電力は電力Ｗ０となる。
【００３２】
線Ｃ１は、発電特性が低下するような低温状態における燃料電池スタック１のＩ−Ｖ特性を示す。この状態において、ある電流ｉ０に対応する燃料電池スタック１の発電電力は、発電電力Ｗ０よりも小さい電力Ｗ１となる。低温状態では、目標電流ｉ０を設定し、これに対応する発電電力Ｗ０を得ようとしても、燃料電池スタック１の電力特性が低下しているため、実際には、発電電力Ｗ１しか得ることができない。特に、氷点下のような低温状態では、発電電力Ｗ０と発電電力Ｗ１との乖離が大きくなり、二次電池３からの出力でもこれを賄うことができず、システム全体としての電力収支が悪化し、システムがフェールする可能性がある。
【００３３】
線Ｃ２は、線Ｃ１の温度状態からスタック温度が上昇した状態における温度状態における燃料電池スタック１のＩ−Ｖ特性を示す。この状態において、ある電流値ｉ０に対応する燃料電池スタック１の発電電力は電力Ｗ２となる。この場合、発電電力Ｗ０と発電電力Ｗ２との乖離は、上述した発電電力Ｗ０と発電電力Ｗ１との乖離よりも小さくなる。このケースでは、発電電力Ｗ０に対する発電電力Ｗ２の乖離を、二次電池３からの出力で賄うことができるので、システムのフェールを抑制することができる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、実験やシミュレーションを通じて、燃料電池スタック１のＩ−Ｖ特性や、二次電池３の特性などを調査した上で、発電電力Ｗ０に対する乖離を、システムのフェールを抑制することができる最低レベルのＩ−Ｖ特性（線Ｃ２）を取得しておく。この制御部４０は、取得したＩ−Ｖ特性を下限Ｉ−Ｖ特性として保持している。制御部４０は、電流センサ４１から得られる実電流と電圧センサ４２から得られる実電圧とを積算することにより、実電力を演算する。一方、制御部４０は、上述した目標電力に基づいて、この目標電力に対応する目標電流を演算する。そして、制御部４０は、下限Ｉ−Ｖ特性を参照した上で、演算された目標電流に対応する電圧を演算し、この演算した電圧と目標電流との積算値を、仮想電力として演算する。換言すれば、この仮想電力は、電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力に相当する。
【００３５】
制御部４０は、実電力が仮想電力以上の場合、すなわち、実電力と仮想電力との差（電力差）が二次電池３によって補うことができる電力差の最大値以内である場合、電力制御を電流制御に切り替えると判断する。この場合、ステップ３において肯定判定されるため、ステップ４（Ｓ４）に進む。一方、制御部４０は、実電力が発電電力Ｗ２よりも小さい場合には、電力制御を電流制御に切り替えない、すなわち、電力制御を継続する。この場合、ステップ３において否定判定されるため、ステップ２に戻る。
【００３６】
ステップ４において、制御部４０は、制御モードを示す制御フラグＦcontを「０」にセットする。制御部４０は、制御フラグＦcontが「０」にセットされている間には、制御部モードとして、電流制御を選択する。制御モードとして電流制御を選択した場合、制御部４０は、システムに要求される電力に対応して、燃料電池スタック１が発電すべき電力である目標電力を演算する。
【００３７】
制御部４０は、算出された目標電力に基づいて、この目標電力に対応する目標電流を演算する。そして、制御部４０は、演算された目標電流に基づいて、運転制御パラメータと、燃料電池スタック１から取り出す電流を制御するための電流制御パラメータとを演算する。電流制御パラメータは、燃料電池スタック１の電力および電圧である。
【００３８】
制御部４０は、実験やシミュレーションを通じて、種々の目標電流に対応する、運転制御パラメータおよび電力制御パラメータに関するそれぞれの最適値を予め取得しており、これらの対応関係をマップまたは演算式として保持している。そして、制御部４０は、マップまたは演算式を参照した上で、算出された目標電流に基づいて、水素および空気の圧力および流量、冷却液の流量、燃料電池スタック１の電力および電圧をそれぞれ制御パラメータとして算出する。そして、制御部４０は、算出された制御パラメータを指令値として、各種のバルブの状態、コンプレッサ２０の回転数、および、冷却液循環ポンプ３１の回転数、出力取出装置２を制御する。
【００３９】
このように本実施形態において、制御部４０は、制御モードとして電力制御が選択されている場合、電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力（仮想電力）と、燃料電池において実際に発電される実電力との電力差に基づいて、電流制御への制御モードの切り替えを判定する。
【００４０】
かかる構成によれば、発電特性が向上し、電力差が少なくなったタイミングを把握することができる。これにより、制御モードを電力制御から電流制御へと適切に切り替えることができる。そのため、電力制御により起動性を確保しつつ、その後、電流制御へと切り替えることにより、出力性能の低下を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態において、制御部４０は、システムの起動時に燃料電池スタック１の発電特性が低下していると判定した場合、制御モードとして電力制御を選択する。かかる構成によれば、低温起動時の起動性の向上を図ることができるとともに、通常の運転温度に復帰した際の出力性能の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態において、燃料電池システムは、電力差を吸収する充放電手段として二次電池３を有している。この場合、制御部４０は、実電力と仮想電力との電力差が、二次電池３によって補うことができる電力差の最大値以内である場合に、制御モードを電力制御から電流制御へ切り替える。かかる構成によれば、発電特性の低下により電力差が生じていても、二次電池３によって電力差を補えることを考慮して、制御モードが電流制御へと切り替えられる。これにより、起動性の向上を図ることができるとともに、温度が上昇し発電特性が向上した後の電流制御において、出力性能の低下を抑制することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、制御部４０による制御モードの切替判断の手法である。なお、本実施形態にかかる燃料電池システムのシステム構成および制御方法については、第１の実施形態のそれと基本的に同じであり、重複する部分については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【００４４】
具体的には、第１の実施形態に示すステップ３の処理において、制御部４０は、システムの起動時に制御モードとして電力制御が選択されたことを前提として、これを電流制御に切り替えるか否かを判断する。本実施形態では、制御部４０は、スタック温度をベースに、切替判断を行う。
【００４５】
図４は、電力差と温度の説明図である。同図において、「ｄｗ」は、電力差、すなわち、電流制御を選択した際の目標電流に対応する電力（仮想電力）と、実電力との差であり、「Ｔemp」は、スタック温度を示す。上述したように、燃料電池スタック１の温度が上昇すると、燃料電池スタック１の発電特性が向上する。そのため、同図に示すように、電力差ｄｗは、スタック温度Ｔempの増加に対応して、その値が低下する傾向を示す。
【００４６】
そこで、本実施形態では、実験やシミュレーションを通じて、燃料電池スタック１のＩ−Ｖ特性や、二次電池３の特性などを調査した上で、システムのフェールを抑制することができる最大レベルの電力差ｄｗ１に対応する温度Ｔemp0を取得しておく。制御部４０は、取得した温度Ｔemp0を保持している。制御部４０は、温度センサ４３から得られるスタック温度が温度Ｔemp0以上の場合には、電力制御を電流制御に切り替えると判断する。一方、制御部４０は、温度センサ４３から得られるスタック温度が最低温度Ｔemp0よりも低い場合には、電力制御を電流制御に切り替えない、すなわち、電力制御を継続する。
【００４７】
このように本実施形態によれば、制御部４０は、燃料電池スタック１の温度に基づいて、電力差を特定する。かかる構成であっても、第１の実施形態と同様、起動性の向上を図ることができるとともに、出力性能の低下を抑制することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１または第２の実施形態のそれと相違する点は、制御部４０による制御モードの切替手法である。なお、本実施形態にかかる燃料電池システムのシステム構成および制御方法については、第１または第２の実施形態のそれと基本的に同じであり、重複する部分については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【００４９】
図５および図６は、制御モードの切り替えにともなう運転制御パラメータの推移を示す説明図である。タイミングＴ１において制御モードの切り替えを行うとの判定、すなわち、制御モードを電力制御から電流制御へ切り替えるとの判定がなされたとする。図５に示すように、タイミングＴ１における電力制御を行った場合の運転制御パラメータを値Ａ１とし、また、このタイミングＴ１において、電流制御を行った場合の運転制御パラメータを値Ａ２とする。
【００５０】
このタイミングＴ１に、電力制御から電流制御への切り替えを瞬時に行うと、運転制御パラメータの指令値（図中の破線）に対して、運転制御パラメータの実値（図中の実線）がずれて変化する可能性がある。そのため、運転制御パラメータの実値が、その指令値Ａ２をオーバーシュートする可能性がある（なお、値Ａ１が値Ａ２よりも大きい場合は、アンダーシュートする）。また、切り替えを瞬時に行うと、燃料極と酸化剤極との差圧が大きくなる可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施形態において、制御部４０は、切り替えが判断されたタイミングＴ１から、所定の時間（以下「制御切替時間」という）ΔＴが経過したタイミングＴ２において制御モードを移行させる。ここで、制御切替時間ΔＴは、実験やシミュレーションを通じて、オーバーシュートまたはアンダーシュートといった運転制御パラメータの実値と指令値との間の乖離や、極間差圧等の不具合を生じさせないような時間の最適値が予め設定されている。そして、制御部４０は、制御切替時間ΔＴの間、すなわち、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの間は、例えば、制御パラメータを値Ａ１から値Ａ２へと比例的に変化させる。
【００５２】
このように本実施形態において、制御部４０は、制御モードを電力制御から電流制御へ切り替える場合、切り替えの判定タイミングから制御切替時間を経過するタイミングまでの期間において制御モードの切り替えを行う。かかる構成によれば、運転制御パラメータの指令値と実値との間の乖離を抑制することができるので、急激な圧力変化や流量変化を抑制することができる。そのため、システム構成部品の破損を抑制することができるとともに、第１または第２の実施形態と同様、起動性の向上を図ることができるとともに、出力性能の低下を抑制することができる。
【００５３】
なお、運転パラメータを値Ａ１から値Ａ２へと切り替える手法は、各部品の機能が確保できる切り替え手法であれば、比例的に変化させる手法に限定されない。
【００５４】
以上、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を示すフローチャート
【図３】制御モードの切替判定の概念を示す説明図
【図４】電力差と温度の説明図
【図５】制御モードの切り替えにともなう運転制御パラメータの推移を示す説明図
【図６】制御モードの切り替えにともなう運転制御パラメータの推移を示す説明図
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料電池スタック
２…出力取出装置
３…二次電池
１０…燃料タンク
１１…水素調圧バルブ
１２…水素循環ポンプ
２０…コンプレッサ
２１…空気調圧バルブ
３０…ラジエータ
３１…冷却液循環ポンプ
４０…制御部
４１…電流センサ
４２…電圧センサ
４３…温度センサ
【図１】
2010086906.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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