(57)【要約】  複数の燃料電池を有する燃料電池群と、燃料電池群を構成する各燃料電池に個別に冷媒を分配する冷媒分配流路と、分配前の冷媒の流量である分配前冷媒流量を取得する分配前冷媒流量取得部と、冷媒分配流路において燃料電池群の内の少なくとも一つの第１燃料電池の冷媒出口に設けられ、第１燃料電池の冷媒の出口温度である第１出口温度を検出する第１出口温度検出部と、少なくとも第１燃料電池の電圧である第１電圧を取得する電圧取得部と、少なくとも第１燃料電池の電流である第１電流を取得する電流取得部と、コントローラと、を有し、コントローラは、第１電圧、第１電流、及び第１出口温度に基づいて、第１燃料電池の第１個別供給流量を算出し、第１個別供給流量及び分配前冷媒流量に基づいて、第１燃料電池以外の少なくとも一つの第２燃料電池の第２個別供給流量を算出する燃料電池システムを提供する。
2019035171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池を有する燃料電池群と、
前記燃料電池群を構成する各燃料電池に個別に冷媒を分配する冷媒分配流路と、
分配前の冷媒の流量である分配前冷媒流量を取得する分配前冷媒流量取得部と、
前記冷媒分配流路において前記燃料電池群の内の少なくとも一つの第１燃料電池の冷媒出口に設けられ、前記第１燃料電池の冷媒の出口温度である第１出口温度を検出する第１出口温度検出部と、
少なくとも前記第１燃料電池の電圧である第１電圧を取得する電圧取得部と、
少なくとも前記第１燃料電池の電流である第１電流を取得する電流取得部と、
コントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記第１電圧、前記第１電流、及び前記第１出口温度に基づいて、前記第１燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第１個別供給流量を算出し、
前記第１個別供給流量及び前記分配前冷媒流量に基づいて、前記第１燃料電池以外の少なくとも一つの第２燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第２個別供給流量を算出する、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記各燃料電池に供給される前の冷媒の温度である供給前冷媒温度を検出する供給前冷媒温度検出部をさらに有し、
前記電圧取得部は、前記第２燃料電池の電圧である第２電圧を取得し、
前記電流取得部は、前記第２燃料電池の電流である第２電流を取得し、
前記コントローラは、
前記第２電圧、前記第２電流、前記供給前冷媒温度、及び前記第２個別供給流量に基づいて、前記第２燃料電池の冷媒の出口温度である第２出口温度を算出する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池群に供給される燃料の流量を取得する燃料流量取得部をさらに有し、
前記コントローラは、
前記燃料の流量に基づいて前記燃料の熱容量を算出し、
前記熱容量に基づいて前記第１個別供給流量、前記第２個別供給流量、及び前記第２出口温度の少なくとも何れか一つを補正する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記分配前冷媒流量を調節する冷媒調節装置をさらに有し、
前記コントローラは、前記第１出口温度及び前記第２出口温度の少なくとも何れか一方に基づいて、前記冷媒調節装置を制御する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記第１出口温度及び前記第２出口温度の内の高い方の温度である流量制御用出口温度に基づき、前記冷媒調節装置を制御する、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電電力を調節する電力調節装置をさらに有し、
前記コントローラは、前記第２出口温度に基づいて、前記電力調節装置を制御する、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記第１出口温度及び前記第２出口温度の内の高い方の温度である電力制御用出口温度に基づき、前記電力調節装置を制御する、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記電力制御用出口温度が所定の閾値温度を越えたら、前記電力調節装置により前記各燃料電池の発電を停止させる、
燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池群を構成する複数の燃料電池に冷媒を個別に分配して供給する燃料電池システムにおいて、供給される前記冷媒の流量を推定する冷媒流量推定方法であって、
分配前の冷媒流量、前記燃料電池群の内の少なくとも一つの第１燃料電池の冷媒出口で検出される第１出口温度、前記第１燃料電池の電圧である第１電圧、及び前記第１燃料電池の電流である第１電流に基づいて、前記第１燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第１個別供給流量を算出し、
前記第１個別供給流量及び前記分配前の冷媒流量に基づいて、前記第１燃料電池以外の少なくとも一つの第２燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第２個別供給流量を算出する、
燃料電池システムの冷媒流量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等の冷媒を燃料電池に供給して冷却を行う燃料電池システムにおいて、燃料電池の冷媒出口の流量を推定する燃料電池システム及び燃料電池システムの冷媒流量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を所定温度に制御すべく、冷却水や空気等の冷媒を燃料電池に供給する燃料電池システムが知られている。ＪＰ２００７−１８８６６７Ａには、このような燃料電池システムであって、特に複数の燃料電池セル群が設けられている燃料電池システムの一例が開示されている。【０００３】
ＪＰ２００７−１８８６６７Ａの燃料電池システムは、複数の燃料電池セル群が冷媒供給系において並列に配置され、燃料電池セル群に冷媒を供給するための冷媒供給流路と、冷媒供給流路に設けられた入口温度センサと、各燃料電池セル群に冷媒供給流路からの冷媒を個別に分配するために冷媒供給流路を分岐させた冷媒分配流路と、各セル群の電圧を測定する電圧センサと、各燃料電池セル群から排出された冷媒を合流させてなる冷媒排出流路と、合流後の排出冷媒温度を検出する出口温度センサと、を有している。【０００４】
そして、上記燃料電池システムでは、各セル群の電圧測定値等から各セルの発熱量を推定し、上記入口温度センサによる入口温度検出値、出口温度センサによる出口温度検出値、及び上記発熱量の推定値に基づいて各セル群の温度差（供給前冷媒温度と排出冷媒温度の差）を推定する。
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記燃料電池システムにおいて、冷媒供給流路から各冷媒分配流路に均一流量の冷媒が分配されるとは限らない。例えば、各燃料電池セル群内の冷媒通路の圧力や温度等の種々の状態の相違によって、各冷媒分配流路に分配されて供給される冷媒流量のばらつきが生じる。
【０００６】
したがって、このような供給冷媒流量のばらつきが生じると、各燃料電池セル群において冷却度合が異なることとなり、実質的な発熱量にもばらつきが生じる。
【０００７】
一方で、上記燃料電池システムでは、各燃料電池セル群の発熱量の推定に用いられる入口温度検出値及び出口温度検出値は、それぞれ、供給される冷媒の分配前の温度情報及び排出される冷媒が合流した後の温度情報しか含まれていない。その結果、この発熱量の推定においては、各燃料電池セル群の実質的な発熱量のばらつきが考慮されないので、発熱量の推定値及びこれに基づく各セル群の温度差の推定値の推定精度が十分でない場合がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、複数の燃料電池に冷媒を分配して冷却を行う燃料電池システムにおいて、各燃料電池に供給される冷媒流量の推定をより高精度に行うことにある。
【０００９】
本発明のある態様によれば、複数の燃料電池を有する燃料電池群と、燃料電池群を構成する各燃料電池に個別に冷媒を分配する冷媒分配流路と、分配前の冷媒の流量である分配前冷媒流量を取得する分配前冷媒流量取得部と、冷媒分配流路において燃料電池群の内の少なくとも一つの第１燃料電池の冷媒出口に設けられ、第１燃料電池の冷媒の出口温度である第１出口温度を検出する第１出口温度検出部と、少なくとも第１燃料電池の電圧である第１電圧を取得する電圧取得部と、少なくとも第１燃料電池の電流である第１電流を取得する電流取得部と、コントローラと、を有する燃料電池システムが提供される。また、第１電圧、第１電流、及び第１出口温度に基づいて、第１燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第１個別供給流量を算出し、第１個別供給流量及び分配前冷媒流量に基づいて、第１燃料電池以外の少なくとも一つの第２燃料電池に個別に供給される冷媒流量である第２個別供給流量を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図２】図２は、第１実施形態における第１個別供給流量及び第２個別供給流量の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図３】図３は、第１変形例による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図４】図４は、第１変形例における第１個別供給流量及び第２個別供給流量の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図５】図５は、第２変形例による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図６】図６は、第２変形例における第１個別供給流量及び第２個別供給流量の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図７】図７は、第３変形例による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図８】図８は、第３変形例における第１個別供給流量及び第２個別供給流量の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図９】図９は、第２実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態における第２出口温度の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、第３実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態における第１個別供給流量、第２個別供給流量、及び第２出口温度の算出の流れを説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、第４実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態における空気流量制御の流れを説明するフローチャートである。
【図１５】図１５は、第５実施形態による燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図１６】図１６は、第５実施形態における発電電力制御の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの構成を説明する図である。
【００１３】
図示のように、燃料電池システム１０は、複数の燃料電池である２つのＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池：solid oxide fuel cell）スタック１２−１，１２−２を有する燃料電池群１２と、燃料電池群１２に冷媒としての空気を供給する冷媒供給流路である空気供給流路１４と、燃料電池群１２を構成する各ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２に個別に空気を分配する冷媒分配流路としての空気分配流路１６と、を備えている。なお、本実施形態では、「ＳＯＦＣスタック１２−１」が「第１燃料電池」に相当し、「ＳＯＦＣスタック１２−２」が「第２燃料電池」に相当する。したがって、以降は、「ＳＯＦＣスタック１２−１」及び「ＳＯＦＣスタック１２−２」をそれぞれ、「第１ＳＯＦＣスタック１２−１」及び「第２ＳＯＦＣスタック１２−２」とも称する。
【００１４】
そして、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２は、図示しない走行モータ、各種補機類、及び所定のバッテリ等で構成される電気負荷１００に対して並列に配置されている。
【００１５】
第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２は、何れも、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、アノード（燃料極）とカソード（空気極）により挟み込んで得られるＳＯＦＣセルを複数積層して構成される燃料電池スタックである。そして、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２は、図示しない燃料供給系により燃料極に供給された燃料ガス（水素）と、図示しない空気供給系又は上記空気分配流路１６を介して空気極に供給された酸化ガス（空気）と、を反応させることで発電する。
【００１６】
また、燃料電池システム１０は、空気供給流路１４の空気流量、すなわち全てのＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２に分配される前の空気流量である分配前空気流量ｑairを検出する分配前空気流量センサ５０と、空気分配流路１６におけるＳＯＦＣスタック１２−１の空気出口に設けられるとともに、ＳＯＦＣスタック１２−１の出口温度である第１出口温度Ｔo1[1]を検出する第１出口温度センサ５４と、を有している。
【００１７】
空気供給流路１４は、図示しない空気ブロア等から送給される空気を、燃料電池群１２に供給するための通路である。
【００１８】
空気分配流路１６は、空気供給流路１４からの空気を第１ＳＯＦＣスタック１２−１に分配する第１分配路１６−１と、空気供給流路１４からの空気を第２ＳＯＦＣスタック１２−２に分配する第２分配路１６−２と、を有している。この構成によって、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２に第１分配路１６−１及び第２分配路１６−２を介して供給される空気は、それぞれ、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２を冷却した後、図示しない冷却装置や排ガス系統などへ排出される。
【００１９】
さらに、燃料電池システム１０は、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電圧である第１電圧Ｖ1[1]を検出する電圧センサ５６と、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電流である第１電流としての電流Ｉを検出する電流センサ５８と、を有している。
【００２０】
なお、本実施形態では、各ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２が電気負荷１００に対して並列に配置されているため、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の「第１電流」と第２ＳＯＦＣスタック１２−２の「第２電流」は、何れも「電流Ｉ」として検出される。この点については、以降の第１〜第３変形例及び第２〜第５実施形態においても同様である。
【００２１】
また、燃料電池システム１０は、コントローラ６０を有している。コントローラ６０は、電圧センサ５６及び電流センサ５８から受信する第１電圧Ｖ1[1]及び電流Ｉに基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の発熱量である第１発熱量Ｑgen1[1]を算出する。
【００２２】
また、コントローラ６０は、分配前空気流量センサ５０から受信する分配前空気流量ｑair、第１出口温度センサ５４から受信する第１出口温度Ｔo1[1]、及び算出した第１発熱量Ｑgen1[1]に基づいて、第１分配路１６−１を介して第１ＳＯＦＣスタック１２−１に個別に供給される空気流量である第１個別供給流量ｑair1_d[1]を算出する。さらに、コントローラ６０は、算出した第１個別供給流量ｑair1_d[1]に基づいて、第２ＳＯＦＣスタック１２−２に個別に供給される空気流量である第２個別供給流量ｑair2_d[2]を算出する。
【００２３】
なお、コントローラ６０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ６０は、少なくとも、本実施形態、又は以降の各変形例１〜３、若しくは各実施形態２〜５に係る各処理を実行するために必要な処理を実行可能となるようにプログラムされている。
【００２４】
なお、コントローラ６０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。
【００２５】
以下では、本実施形態の第１個別供給流量ｑair1_d[1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[2]の算出の詳細について説明する。
【００２６】
図２は、第１個別供給流量ｑair1_d[1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[2]の算出の流れを説明するフローチャートである。
【００２７】
ステップＳ１１０において、コントローラ６０は、第１電圧Ｖ1[1]及び電流Ｉに基づいて第１ＳＯＦＣスタック１２−１の発電による第１発熱量Ｑgen1[1]を、以下の式（１）によって算出する。
【００２８】
【数１】
2019035171.tif 000003
【００２９】
なお、式中の「Ｅ0」は、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の理論起電力を意味する。
【００３０】
ステップＳ１２０において、コントローラ６０は、下記の式（２）で示される第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]の理論式を設定する。
【００３１】
【数２】
2019035171.tif 000004
【００３２】
なお、式（２）中の「Ｔin」は空気供給流路１４における空気の温度（以下、「供給前空気温度Ｔin」とも記載する）、「ｑair／２」は分配前空気流量センサ５０で検出される分配前空気流量ｑairを、本実施形態において燃料電池群１２に配置されるＳＯＦＣの数である２で割った値、「ｃair」は空気の比熱容量（以下、単に「空気比熱ｃair」と記載する）をそれぞれ意味する。
【００３３】
なお、空気比熱ｃairとしては、予め定められた実験等で定められた固定値が用いられる。また、以下では、分配前空気流量ｑairを配置されるＳＯＦＣスタック１２の数で割った値である「ｑair／２」を、「理想分配空気流量ｑair／２」とも称する。
【００３４】
また、第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]は、空気供給流路１４から第１分配路１６−１及び第２分配路１６−２に均一の流量の空気が分配されると仮定した場合（すなわち、分配時の空気流量のばらつきが無いと仮定した場合）において、第１ＳＯＦＣスタック１２−１が検出すると考えられる出口空気温度の値である。
【００３５】
さらに、式（２）中の右辺第２項の分母、すなわち理想分配空気流量ｑair／２と空気比熱ｃairを乗じた値は、第１ＳＯＦＣスタック１２−１に供給される空気の単位時間当たりの熱容量（以下では、単に「供給空気熱容量」とも記載する）に相当する。したがって、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の第１発熱量Ｑgen1[1]を供給空気熱容量で除した右辺第２項は、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の発熱による空気の実質的な昇温分に相当する。
【００３６】
したがって、右辺第２項は供給前空気温度Ｔinに理想分配空気流量ｑair／２に基づく第１ＳＯＦＣスタック１２−１の発熱による空気の実質的な昇温分を加算した値である。すなわち、式（２）が表すように、当該右辺第２項は、左辺の第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]と等しくなる。
【００３７】
次に、ステップＳ１３０において、コントローラ６０は、ステップＳ１１０で得られた第１ＳＯＦＣスタック１２−１の第１発熱量Ｑgen1[1]に基づいて、下記の式（３）で示される第１出口温度Ｔo1[1]の理論式を設定する。
【００３８】
【数３】
2019035171.tif 000005
【００３９】
そして、ステップＳ１４０において、コントローラ６０は、式（２）及び式（３）に基づいて第１個別供給流量ｑair1_d[1]を演算する。具体的に第１個別供給流量ｑair1_d[1]は、以下の式（４）のように演算される。
【００４０】
【数４】
2019035171.tif 000006
【００４１】
なお、上記式（４）においては、式（２）及び式（３）に含まれていた供給前空気温度Ｔinの項が消去されている。したがって、本実施形態において、コントローラ６０は、分配前空気流量センサ５０で検出される分配前空気流量ｑair、第１出口温度センサ５４で検出される第１出口温度Ｔo1[1]、及びステップＳ１１０で演算した第１発熱量Ｑgen1[1]に基づいて第１個別供給流量ｑair1_d[1]を演算することができる。
【００４２】
そして、ステップＳ１５０において、コントローラ６０は、得られた第１個別供給流量ｑair1_d[1]から、第２ＳＯＦＣスタック１２−２に供給される空気流量である第２個別供給流量ｑair2_d[2]を演算する。具体的に、下記の式（５）のように、分配前空気流量ｑair（＝２ｑ）から第１個別供給流量ｑair1_d[1]を減算して、第２個別供給流量ｑair2_d[2]を演算する。
【００４３】
【数５】
2019035171.tif 000007
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、空気供給流路１４から第１分配路１６−１及び第２分配路１６−２に分配される空気流量のばらつきが勘案された第１ＳＯＦＣスタック１２−１の第１個別供給流量ｑair1_d[1]、及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２の第２個別供給流量ｑair2_d[2]を求めることができる。
【００４５】
以上、説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の作用効果を奏する。
【００４６】
本実施形態の燃料電池システム１０は、複数の燃料電池である第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２を有する燃料電池群１２と、燃料電池群１２を構成する各第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２に個別に空気を分配する冷媒分配流路としての空気分配流路１６と、分配前の空気の流量である分配前冷媒流量としての分配前空気流量ｑairを取得する分配前冷媒流量取得部としての分配前空気流量センサ５０と、空気分配流路１６の第１分配路１６−１において燃料電池群１２の一つである第１燃料電池としての第１ＳＯＦＣスタック１２−１の冷媒出口に設けられ、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の空気の出口温度である第１出口温度（第１出口温度Ｔo1[1]）を検出する第１出口温度検出部としての第１出口温度センサ５４と、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電圧である第１電圧Ｖ1[1]を取得する電圧取得部としての電圧センサ５６と、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電流である電流（第１電流）Ｉを取得する電流取得部としての電流センサ５８と、コントローラ６０と、を有する。
【００４７】
そして、コントローラ６０は、第１電圧Ｖ1[1]、電流Ｉ、第１出口温度Ｔo1[1]に基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−１に個別に供給される冷媒流量である第１個別供給流量ｑair1_d[1]を算出し（図２のステップＳ１１０〜ステップＳ１４０）、第１個別供給流量ｑair1_d[1]及び分配前空気流量ｑairに基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−１以外の一つの第２ＳＯＦＣスタック１２−２に個別に供給される冷媒流量である第２個別供給流量ｑair2_d[2]を算出する（図２のステップＳ１５０）。
【００４８】
すなわち、本実施形態では、燃料電池群１２を構成する複数の燃料電池である第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２に冷媒としての空気を個別に分配して供給する燃料電池システム１０において、供給される空気の流量を推定する冷媒流量推定方法が提供される。そして、この冷媒流量推定方法では、分配前の冷媒流量である分配前空気流量ｑair、燃料電池群１２の少なくとも一つの第１燃料電池としての第１ＳＯＦＣスタック１２−１の空気出口で検出される第１出口温度Ｔo1[1]、第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電圧である第１電圧Ｖ1[1]、及び第１ＳＯＦＣスタック１２−１の電流である第１電流としての電流Ｉに基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−１に個別に供給される冷媒流量である第１個別供給流量ｑair1_d[1]を算出する（図２のステップＳ１１０〜ステップＳ１４０）。そして、第１個別供給流量ｑair1_d[1]及び分配前空気流量ｑairに基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−１以外の第２ＳＯＦＣスタック１２−２に個別に供給される冷媒流量である第２個別供給流量ｑair2_d[2]を算出する（図２のステップＳ１５０）。
【００４９】
これにより、複数配置されたＳＯＦＣに冷媒の空気を分配する場合において、第１出口温度センサ５４によって出口温度（第１出口温度Ｔo1[1]）が検出される第１ＳＯＦＣスタック１２−１の第１個別供給流量ｑair1_d[1]を求めつつ、この第１個別供給流量ｑair1_d[1]及び分配前空気流量ｑairに基づいて、第２ＳＯＦＣスタック１２−２に供給される空気流量を推定することができる。
【００５０】
したがって、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２の間で供給される空気流量のばらつきが生じても、出口温度が検出される第１ＳＯＦＣスタック１２−１で精度の高い第１個別供給流量ｑair1_d[1]が求まるので、これと分配前空気流量ｑairを参照することで、供給空気流量のばらつきが反映された第２ＳＯＦＣスタック１２−２の供給空気流量を推定することができる。すなわち、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２の個別の供給空気流量の推定をより高精度に実行することができる。
【００５１】
したがって、第１ＳＯＦＣスタック１２−１及び第２ＳＯＦＣスタック１２−２への供給空気流量を用いる温度制御や発電制御等も、より高精度に実行することができる。
【００５２】
特に、本実施形態では、コントローラ６０は、空気出口に第１出口温度センサ５４−１が設けられている第１ＳＯＦＣスタック１２−１の第１個別供給流量ｑair1_d[1]から、第２ＳＯＦＣスタック１２−２の第２個別供給流量ｑair2_d[2]を算出している。したがって、第２ＳＯＦＣスタック１２−２の空気出口に温度センサや流量検出センサを設置することなく、第２個別供給流量ｑair2_d[2]を求めることが可能である。これにより、燃料電池群１２を構成する各燃料電池の空気出口に温度センサを設置する既存の燃料電池システムに対して、温度センサの設置数を減らすことができ、当該システムを製造するコスト及び温度センサのメンテナンスコストを抑制することができる。
【００５３】
（第１変形例）
次に、第１実施形態の第１変形例について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本変形例では、特に、燃料電池群１２が、ｎ（ｎは任意の正の整数）個のＳＯＦＣスタックから構成される燃料電池システム１０における第１個別供給流量及び第２個別供給流量の推定について説明する。なお、上記第１実施形態は、本変形例においてｎ＝２とした場合に相当する。
【００５４】
図３は、第１変形例にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。
【００５５】
図示のように、第１変形例では、燃料電池群１２が、ｎ個のＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１），１２−ｎにより構成されている。そして、空気供給流路１４からの空気をこれら各ＳＯＦＣに分配する空気分配流路１６は、当該ｎ個のＳＯＦＣに対応して第１分配路１６−１〜第ｎ分配路１６−ｎのｎ個の流路で構成される。
【００５６】
そして、各ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１）には、それぞれ、第１実施形態の電圧センサ５６に相当する電圧センサ５６−１，５６−２，・・・５６−（ｎ−１）が設けられている。また、ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１）、すなわちＳＯＦＣスタック１２−ｎ以外の空気出口には、それぞれ第１実施形態の第１出口温度センサに相当する第１出口温度センサ５４−１，５４−２，・・・５４−（ｎ−１）が設けられている。
【００５７】
したがって、本変形例では、ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１）が第１実施形態の「第１ＳＯＦＣスタック１２−１」に相当する。また、ＳＯＦＣスタック１２−ｎが第１実施形態の「第２ＳＯＦＣスタック１２−２」に相当する。
【００５８】
なお、本変形例において、説明の簡略化のため、必要に応じて、１≦ｋ≦ｎ−１の範囲をとる整数ｋを用いて、ｎ−１個の第１ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１）及びその周辺構成に関する説明を集約する。しかしながら、当該説明は１≦ｋ≦ｎ−１となる任意の整数ｋに対して同様に成立する。
【００５９】
すなわち、本変形例では、第１実施形態の「第１ＳＯＦＣスタック１２−１」等を「第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ」、及び第１実施形態の「第２ＳＯＦＣスタック１２−２」等を「第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎ」に変更する。これに合せて、第１実施形態で説明した各パラメータの符号を以下のように置き換える。
【００６０】
・「第１出口温度Ｔo1[1]」⇒「第１出口温度Ｔo1[k]」
・「第１電圧Ｖ1[1]」⇒「第１電圧Ｖ1[k]」
・「第１発熱量Ｑgen1[1]」⇒「第１発熱量Ｑgen1[k]」
・「第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]」⇒「第１出口温度仮定値ＴO1exp[k]」
・「第１個別供給流量ｑair1_d[1]」⇒「第１個別供給流量ｑair1_d[k]」
・「第２個別供給流量ｑair2_d[2]」⇒「第２個別供給流量ｑair2_d[n]」
以下では、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[n]の算出の詳細について説明する。
【００６１】
図４は、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[n]の算出の流れを説明するフローチャートである。
【００６２】
ステップＳ２１０において、コントローラ６０は、第１電圧Ｖ1[k]及び電流Ｉに基づいて第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの発電による第１発熱量Ｑgen1[k]を、以下の式（６）により演算する。
【００６３】
【数６】
2019035171.tif 000008
【００６４】
ステップＳ２２０において、コントローラ６０は、下記の式（７）で示される第１出口温度仮定値ＴO1exp[k]の理論式を設定する。
【００６５】
【数７】
2019035171.tif 000009
【００６６】
なお、上記実施形態で説明したように、式（７）中の「ｑair／ｎ」第１実施形態で説明した理想分配空気流量に相当する。
【００６７】
ステップＳ２３０において、コントローラ６０は、ステップＳ２１０で得られた第１発熱量Ｑgen1[k]に基づいて、下記の式（８）で示される第１出口温度Ｔo1[k]の理論式を設定する。
【００６８】
【数８】
2019035171.tif 000010
【００６９】
そして、ステップＳ２４０において、コントローラ６０は、式（７）及び式（８）に基づいて第１個別供給流量ｑair1_d[k]を演算する。具体的に第１個別供給流量ｑair1_d[k]は、以下の式（９）のように演算される。
【００７０】
【数９】
2019035171.tif 000011
【００７１】
したがって、本変形においても、式（２）及び式（３）に含まれていた供給前空気温度Ｔinの項が消去され、コントローラ６０は、検出値である分配前空気流量ｑair、第１出口温度Ｔo1[k]、第１電圧Ｖ1[k]、及び電流Ｉから第１個別供給流量ｑair1_d[k]を演算することができる。
【００７２】
特に、本変形例では、上記ステップＳ２１０〜ステップＳ２４０を１≦ｋ≦ｎ−１となる全ての整数ｋに対して実行し、第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[n-1]を全て求める。
【００７３】
そして、ステップＳ２５０において、コントローラ６０は、得られた第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[n-1]に基づいて、第２個別供給流量ｑair2_d[n]を演算する。具体的に、下記の式（１０）のように、分配前空気流量ｑairから第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[n-1]の総和を減算して、第２個別供給流量ｑair2_d[n]を演算する。
【００７４】
【数１０】
2019035171.tif 000012
【００７５】
したがって、本変形例によれば、ｎ個のＳＯＦＣスタック１２が設けられた燃料電池システム１０であっても、空気出口温度（第１出口温度Ｔo1[k]）が検出される第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの第１個別供給流量ｑair1_d[k]を算出しつつ、第１個別供給流量ｑair1_d[k]の総和及び分配前空気流量ｑairに基づいて、高精度に第２個別供給流量ｑair2_d[n]を求めることができる。
【００７６】
すなわち、本変形例によれば、ｎ個のＳＯＦＣスタック１２、特に３個、４個、又はそれ以上の任意の数のＳＯＦＣスタックに空気冷媒を分配する燃料電池システム１０においても、分配による空気流量のばらつきが反映された各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの第２個別供給流量ｑair2_d[n]を求めることができる。したがって、第１実施形態と同様に第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気出口の温度センサを省略しても、各ＳＯＦＣスタック１２の供給空気流量を高精度の推定することができる。
【００７７】
（第２変形例）
次に、第１実施形態の第２変形例について説明する。
【００７８】
図５は、第２変形例にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。なお、第１実施形態及び第１変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
図示のように、本変形例においては、第１変形例と同様に、燃料電池群１２が、ｎ個のＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（ｎ−１），１２−ｎにより構成されている。
【００８０】
一方、本変形例では、燃料電池群１２における（ｎ−２）個以下のＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−ｍ（２≦ｍ≦ｎ‐２）に、それぞれ、第１出口温度センサ５４−１，５４−２，・・・５４−ｍが設けられている。また、これら以外のＳＯＦＣスタック１２−（ｍ＋１），１２−（ｍ＋２），・・・１２−ｎには、空気出口に温度センサが設けられていない。
【００８１】
したがって、本変形例では、ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−ｍが「第１ＳＯＦＣスタック」に相当する。また、ＳＯＦＣスタック１２−（ｍ＋１），１２−（ｍ＋２），・・・１２−ｎが「第２ＳＯＦＣスタック」に相当する。すなわち、本変形例では、空気出口に温度センサが設けられない「第２ＳＯＦＣスタック」が複数存在することとなる。
【００８２】
なお、本変形例において、説明の簡略化のため、必要に応じて、１≦ｋ≦ｍの範囲をとる整数ｋを用いて、ｍ個の第１ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−ｍ及びその周辺構成に関する説明を集約する。さらに、ｍ＋１≦ｚ≦ｎの範囲をとる整数ｚを用いて、（ｎ−ｍ）個の第２ＳＯＦＣスタック１２−（ｍ＋１），１２−（ｍ＋２），・・・１２−ｎ及びその周辺構成に関する説明を集約する。しかしながら、当該説明は１≦ｋ≦ｍ及びｍ＋１≦ｚ≦ｎとなる任意の整数ｋ及びｚに対して同様に成立する。
【００８３】
また、本変形例では、第１実施形態の「第１ＳＯＦＣスタック１２−１」等を「第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ」、及び第１実施形態の「第２ＳＯＦＣスタック１２−２」等を「第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚ」に変更する。これに合せて、第１実施形態で説明した各パラメータの符号を以下のように置き換える。
【００８４】
・「第１出口温度Ｔo1[1]」⇒「第１出口温度Ｔo1[k]」
・「第１電圧Ｖ1[1]」⇒「第１電圧Ｖ1[k]」
・「第１発熱量Ｑgen1[1]」⇒「第１発熱量Ｑgen1[k]」
・「第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]」⇒「第１出口温度仮定値ＴO1exp[k]」
・「第１個別供給流量ｑair1_d[1]」⇒「第１個別供給流量ｑair1_d[k]」
・「第２個別供給流量ｑair2_d[2]」⇒「第２個別供給流量ｑair2_d[z]」
以下では、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[z]の算出の詳細について説明する。
【００８５】
図６は、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[z]の算出の流れを説明するフローチャートである。
【００８６】
図６に示すステップＳ３１０〜ステップＳ３４０において、コントローラ６０は、第１変形例における図４のステップＳ２１０〜ステップＳ２４０の処理と同様の処理を実行して、１≦ｋ≦ｍの全てのｋに対して第１個別供給流量ｑair1_d[k]を演算する。すなわち、コントローラ６０は、第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[m]を演算する。
【００８７】
そして、ステップＳ３５０において、コントローラ６０は、得られた第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[m]から、以下の式（１１）に基づき、第２個別供給流量ｑair2_d[z]を演算する。
【００８８】
【数１１】
2019035171.tif 000013
【００８９】
ここで、式（１１）の右辺は、分配前空気流量ｑairから第１個別供給流量ｑair1_d[1]，ｑair1_d[2]，・・・ｑair1_d[m]の総和を減算して、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚの個数（ｎ−ｍ）で割った値を意味する。
【００９０】
したがって、本変形例の第２個別供給流量ｑair2_d[z]は、全ての第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚ（ｍ＋１≦ｚ≦ｎ）において同一の値をとるものとして算出される。
【００９１】
以上の説明から理解されるように、本実施例では、空気出口に温度センサが設けられていない複数の第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚが存在する場合においても、第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[z]を算出することが可能である。
【００９２】
ここで、本変形例では、少なくとも全ての第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ（１≦ｋ≦ｍ）については、ばらつきが加味された個別の供給空気流量を求めることができる。一方で、上述のように、各第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚ（ｍ＋１≦ｚ≦ｎ）に対しては、同一の値が第２個別供給流量ｑair2_d[z]として算出されることとなる。したがって、各第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚにおける供給空気流量のばらつきを厳密に評価することはできない。
【００９３】
しかしながら、燃料電池システム１０の設計等によっては、一部の第２ＳＯＦＣスタック１２−ｚにおける供給空気流量のばらつきを厳密に評価せずとも、温度制御や発電量制御等に大きな誤差を与えない場合がある。
【００９４】
このような場合において本変形例にかかるシステム構成を採用することで、温度制御や発電量制御の精度を維持しつつ、温度センサの設置数をより減少させることができる。結果として、燃料電池システム１０における製造コストやメンテナンスコストのさらなる抑制を図ることができる。
【００９５】
なお、本変形例において、燃料電池システム１０の設計等に応じて、空気出口に温度センサが設けられる第１ＳＯＦＣ１２−ｋの数と、空気出口に温度センサが設けられる第２ＳＯＦＣ１２−ｚの数の割合を適宜調整することができる。これにより、温度制御や発電量制御の精度の高さと低コスト化とのバランスを適宜調整できる。例えば、第１ＳＯＦＣ１２−ｋの数と第２ＳＯＦＣ１２−ｚの数を同数程度にすれば、燃料電池群１２を構成する全ＳＯＦＣの空気出口に温度センサを設ける場合と比べて、温度センサ設置数を半数程度にすることができる。
【００９６】
（第３変形例）
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
【００９７】
図７は、第３変形例にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。なお、第１実施形態、及び上記各変形例１，２と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
図示のように、第３変形例においては、上記第１変形例及び第２変形例における燃料電池群１２に配置されるＳＯＦＣの個数ｎ＝Ｎ（「Ｎ」は偶数）に設定する。すなわち、燃料電池群１２が、Ｎ個のＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−Ｎにより構成されている。そして、空気供給流路１４からの空気をこれら各ＳＯＦＣに分配する空気分配流路１６は、当該Ｎ個のＳＯＦＣに対応して第１分配路１６−１〜第Ｎ分配路１６−ＮのＮ個の流路で構成される。
【００９９】
なお、本変形例において、説明の簡略化のため、必要に応じて、１≦ｋ≦Ｎ−２の範囲をとる整数ｋにより、各ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（Ｎ−２）及びその周辺構成に関する説明を集約する。しかしながら、当該説明は１≦ｋ≦Ｎ−２となる任意の整数Ｎに対して同様に成立する。
【０１００】
本変形例の燃料電池システム１０は、２つのＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）からなるＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]において、各ＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）に空気を供給するためのそれぞれの分配路１６−ｋ，１６−（ｋ＋１）を、当該ＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）の出口で合流させてなる合流路１７[k,k+1]を有している。
【０１０１】
また、合流路１７[k,k+1]には、当該合流路１７[k,k+1]の空気温度を検出する第１出口温度センサ５４[k,k+1]が設けられている。さらに、ＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）には、電圧センサ５６−ｋが設けられている。
【０１０２】
すなわち、本変形例では、２つのＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）から構成されるＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]からの空気を合流させる合流路１７[k,k+1]における空気温度を、「第１出口温度」として検出する。
【０１０３】
したがって、本変形例では、１≦ｋ≦ｎ−２における２つのＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）からなるＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]が「第１ＳＯＦＣスタック」に相当する。
【０１０４】
一方、２つのＳＯＦＣスタック１２−（Ｎ−１），１２−Ｎから構成されるＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]からの空気を合流させる合流路１７[N-1,N]には、温度センサが設けられていない。したがって、本変形例では、ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]が「第２ＳＯＦＣスタック」に相当する。以降は、これら「ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]」及び「ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]」をそれぞれ、「第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]」及び「第２ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]」と称する。
【０１０５】
また、以下の説明では、第１実施形態又は上記各変形例で説明した各パラメータの符号を以下のように置き換える。
【０１０６】
・「第１出口温度Ｔo1[1]」⇒「第１出口温度Ｔo1[k,k+1]」
・「第１電圧Ｖ1[1]」⇒「第１電圧Ｖ1[k,k+1]」
・「第１発熱量Ｑgen1[1]」⇒「第１発熱量Ｑgen1[k,k+1]」
・「第１出口温度仮定値ＴO1exp[1]」⇒「第１出口温度仮定値ＴO1exp[k,k+1]」
・「第１個別供給流量ｑair1_d[1]」⇒「第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]」
・「第２個別供給流量ｑair2_d[2]」⇒「第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]」
なお、本変形例において第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]の「第１電圧Ｖ1[k,k+1]」は、第１変形例におけるＳＯＦＣスタック１２−ｋの第１電圧Ｖ1[k]とＳＯＦＣスタック１２−（ｋ＋１）の第１電圧Ｖ1[k+1]の和である「Ｖ1[k]＋Ｖ1[k+1]」に相当する。
【０１０７】
また、本変形例において第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]の「第１発熱量Ｑgen1[k,k+1]」は、第１変形例におけるＳＯＦＣスタック１２−ｋの「第１発熱量Ｑgen1[k]」とＳＯＦＣスタック１２−（ｋ＋１）の「第１発熱量Ｑgen1[k+1]」の和である「Ｑgen1[k]＋Ｑgen1[k+1]」に相当する。
【０１０８】
以下では、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]の算出の詳細について説明する。
【０１０９】
図８は、本変形例の第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]の算出の流れを説明するフローチャートである。
【０１１０】
ステップＳ４１０において、コントローラ６０は、第１電圧Ｖ1[k+1]及び電流Ｉに基づいて第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]の発電による第１発熱量Ｑgen1[k,k+1]を演算する。具体的には、コントローラ６０は、第１変形例で説明した式（６）の右辺の「Ｖ1[k]」を「Ｖ1[k]＋Ｖ1[k+1]」に、「Ｅ0」を「２Ｅ0」に置き換えて第１発熱量Ｑgen1[k,k+1]を演算する。
【０１１１】
また、コントローラ６０は、第１変形例のステップＳ２２０〜ステップＳ２５０で用いた各式（７）〜式（１０）のパラメータを、本変形例で定義したものに適宜置き換えて、ステップＳ４２０〜ステップＳ４５０に係る処理を同様に実行する。
【０１１２】
特に、本実施例では、２つのＳＯＦＣを一組のグループとした第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]及び第２ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]が検出対象であるため、上記理想分配空気流量はこれらグループの総数である「Ｎ／２」に基づいて定める。すなわち、各式（７）〜式（１０）において、理想分配空気流量を表す「ｑair／ｎ」を「２ｑair／Ｎ」に置き換える。
【０１１３】
以上説明したステップＳ４１０〜ステップＳ４５０の処理によって、第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]を好適に算出することができる。
【０１１４】
したがって、本変形例によっても、出口温度センサが設けられた第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]の第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]を算出しつつ、当該第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]の総和及び分配前空気流量ｑairに基づいて、第２ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]の第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]を高精度に推定することができる。
【０１１５】
ここで、本変形例においては、２つのＳＯＦＣを一組のグループとした第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]及び第２ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]の単位で第１個別供給流量ｑair1_d[k,k+1]及び第２個別供給流量ｑair2_d[N-1,N]の推定を行っている。したがって、燃料電池群１２を構成する単体のＳＯＦＣ相互の供給空気流量のばらつきを厳密に評価することはできない。
【０１１６】
しかしながら、燃料電池システム１０の設計等によっては単体のＳＯＦＣ相互の供給空気流量のばらつきを厳密に評価せずとも、温度制御や発電量制御等に大きな誤差を与えない場合がある。このような場合において本変形例にかかるシステム構成を採用することで、温度制御や発電量制御の精度を維持しつつ、温度センサの設置数をより減少させることができる。特に、本変形例のように、２つのＳＯＦＣを一組のグループとした第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]の単位で第１出口温度センサ５４[k,k+1]を設けるようにしたことで、温度センサの設置数を半数以下にすることができる。結果として、コスト抑制効果がさらに向上することとなる。
【０１１７】
なお、本変形例では、２つのＳＯＦＣを一組のグループとした第１ＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]及び第２ＳＯＦＣグループ１２[N-1,N]を構成した。しかしながら、３つ以上のＳＯＦＣを一組のグループとした第１ＳＯＦＣグループや第２ＳＯＦＣグループ１２を構成しても良い。さらに、各ＳＯＦＣグループに含まれるＳＯＦＣの数を相互に変えるようにしても良い。
【０１１８】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び各変形例１〜３と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１９】
図９は、第２実施形態にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。
【０１２０】
図示のように、本実施形態の燃料電池システム１０は、図３で説明した第１変形例の燃料電池システム１０の構成を基本としている。特に、本実施形態の燃料電池システム１０は、第１変形例における燃料電池システム１０の構成に加えて、空気供給流路１４の空気温度である供給前空気温度Ｔinを検出する供給前冷媒温度センサ５９と、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの電圧である第２電圧Ｖ2[n]を検出する電圧センサ５６−ｎと、を有している。
【０１２１】
さらに、本実施形態のコントローラ６０は、第１変形例で説明した各センサからの検出信号に加えて、供給前冷媒温度センサ５９から供給前空気温度Ｔin、及び電圧センサ５６−ｎから第２電圧Ｖ2[n]を取得する。
【０１２２】
そして、コントローラ６０は、供給前空気温度Ｔin、第２電圧Ｖ2[n]、及び第１変形例で説明した図４の各ステップを実行して求められる第１個別供給流量ｑair1_d[k]（ｋ＝１〜ｎ）及び第２個別供給流量ｑair2_d[n]に基づいて、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気の出口温度である第２出口温度Ｔo2exp[n]を算出（推定）する。
【０１２３】
図１０は、本実施形態における第２出口温度Ｔo2exp[n]の算出の流れを示すフローチャートである。
【０１２４】
ステップＳ５１０において、コントローラ６０は、第２電圧Ｖ2[n]及び電流Ｉに基づいて第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電による第２発熱量Ｑgen2[n]を、以下の式（１２）により演算する。
【０１２５】
【数１２】
2019035171.tif 000014
【０１２６】
なお、この第２発熱量Ｑgen2[n]の演算は、例えば、図４のステップＳ２１０の段階において予め行っておいても良い。
【０１２７】
ステップＳ５２０において、コントローラ６０は、下記の式（１３）で示される第２出口温度ＴO2exp[n]の理論式を設定する。
【０１２８】
【数１３】
2019035171.tif 000015
【０１２９】
そして、ステップＳ５３０において、コントローラ６０は、式（１３）において、既に演算した第２個別供給流量ｑair2_d[n]を用いて、第２出口温度ＴO2exp[n]を演算する。
【０１３０】
すなわち、式（９）及び式（１０）で演算した第２個別供給流量ｑair2_d[n]を式（１３）に代入することで、第２出口温度ＴO2exp[n]を演算することができる。
【０１３１】
なお、例えば、燃料電池群１２が２つのＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２で構成されている場合には、「ｎ＝２」であるので、この場合の第２出口温度Ｔo2exp[2]は以下の式（１４）のように定まる。
【０１３２】
【数１４】
2019035171.tif 000016
【０１３３】
以上、説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の作用効果を奏する。
【０１３４】
本実施形態の燃料電池システム１０は、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに供給される前の冷媒の温度である供給前冷媒温度としての供給前空気温度Ｔinを検出する供給前冷媒温度検出部としての供給前冷媒温度センサ５９をさらに有する。
【０１３５】
また、電圧取得部としての電圧センサ５６−ｎは、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの電圧である第２電圧Ｖ2[n]を検出する。さらに、電流取得部としての電流センサ５８は、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの第２電流として電流Ｉを検出する。
【０１３６】
そして、コントローラ６０は、第２電圧Ｖ2[n]、電流Ｉ、供給前空気温度Ｔin、及び第２個別供給流量ｑair2_d[n]に基づいて、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気の出口温度である第２出口温度ＴO2exp[n]を算出する（図１０のステップＳ５１０〜ステップＳ５２０）。
【０１３７】
これにより、出口温度センサが設けられていない第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気出口温度である第２出口温度ＴO2exp[n]を推定することができる。
【０１３８】
特に、上述の分配空気流量ばらつきの影響が反映された第２個別供給流量ｑair2_d[n]を第２出口温度Ｔo2exp[n]の算出に用いるので、当該分配空気流量ばらつきの影響が加味された高精度な第２出口温度Ｔo2exp[n]を得ることができる。すなわち、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎに出口温度を検出することなく、高精度にこれを推定することができる。結果として、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気出口の温度センサを削減してコストダウンを図りつつも、出口温度センサが設けられていない第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気出口温度を高精度に取得することができる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、第１変形例の構成をベースとした燃料電池システム１０において、第２出口温度Ｔo2exp[n]を算出する例を説明した。しかしながら、第１実施形態の構成、第２変形例の構成、又は第３変形例の構成をベースとした燃料電池システム１０において、第２出口温度を算出するようにしても良い。これらの場合においても、本実施形態のステップＳ５１０〜ステップＳ５３０と同様の処理を行うことで第２出口温度を算出することができる。
【０１４０】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は各変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
図１１は、第３実施形態にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。
【０１４２】
図示のように、本実施形態の燃料電池システム１０は、図９で説明した第２の燃料電池システム１０の構成に加えて、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに発電用の燃料（燃料ガス）を供給する燃料供給系統を有している。
【０１４３】
具体的に、本実施形態の燃料供給系統は、燃料ポンプ８０と、燃料ポンプ８０から各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに燃料を供給する流路である燃料供給流路８２と、燃料ポンプ８０から燃料供給流路８２に送り出される燃料の流量を検出する燃料流量センサ８４と、を有している。以下、燃料流量センサ８４で検出される燃料の流量を「全供給燃料流量ｑfuel」とも記載する。
【０１４４】
また、燃料供給流路８２は、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに個別に燃料を分配する燃料分配管８２ａを有している。なお、各燃料分配管８２ａには、図示しないインジェクタや開度調節バルブ等の各ＳＯＦＣスタック１２への燃料供給量を制御する装置がそれぞれ設けられており、これら装置を個別又は統括的に制御することで各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに対する燃料供給流量の分配流量を調節することができる。
【０１４５】
そして、本実施形態の燃料電池システム１０では、コントローラ６０は、第２実施形態で説明した各センサからの検出信号に加えて、燃料流量センサ８４の検出値である全供給燃料流量ｑfuelを取得する。
【０１４６】
さらに、本実施形態のコントローラ６０は、全供給燃料流量ｑfuelに基づいて供給燃料の熱容量を演算し、供給燃料の熱容量に基づいて第１発熱量Ｑgen1[k]及び第２発熱量Ｑgen2[n]を補正する。以下、その詳細を説明する。
【０１４７】
図１２は、第１発熱量Ｑgen1[k]及び第２発熱量Ｑgen2[n]の補正処理を含む第１個別供給流量ｑair1_d[k]、第２個別供給流量ｑair2_d[n]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]の算出方法を説明するフローチャートである。
【０１４８】
ステップＳ６１０において、コントローラ６０は、第１発熱量Ｑgen1[k]から補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を演算する。具体的に、コントローラ６０は、先ず、第１変形例で説明したステップＳ２１０（図４）と同様に、式（６）に基づいて第１電圧Ｖ1[k]及び第１電流Ｉに基づいて第１発熱量Ｑgen1[k]を演算する。
【０１４９】
さらに、コントローラ６０は、以下の式（１５）に基づいて、演算した第１発熱量Ｑgen1[k]を、燃料流量センサ８４で検出される全供給燃料流量ｑfuelを用いて補正して補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を演算する。
【０１５０】
【数１５】
2019035171.tif 000017
【０１５１】
ただし、式（１５）中の「Ｃfuel1[k]」は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される燃料の熱容量を表す。以下では、この熱容量を、「第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]」とも称する。
【０１５２】
ここで、コントローラ６０は、上記第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]を以下の式（１６）に基づいて演算することができる。
【０１５３】
【数１６】
2019035171.tif 000018
【０１５４】
式（１６）中の「ｃfuel」は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される燃料の比熱容量を意味する。以下では、これを「燃料比熱ｃfuel」とも称する。本実施形態の「燃料比熱ｃfuel」は、実験等により予め定められた固定値が用いられる。特に、本実施形態では、演算を簡略化すべく、「燃料比熱ｃfuel」を各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに対して同一の値に設定する。
【０１５５】
また、式（１６）において、右辺における全供給燃料流量ｑfuelを全スタック個数ｎで除して得られるｑfuel／ｎは、一つのＳＯＦＣスタックに供給される燃料流量に相当する。したがって、式（１６）によれば、このｑfuel／ｎに燃料比熱ｃfuelを乗じることで、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される燃料の熱容量である第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]を演算できる。
【０１５６】
一方、式（１５）に戻り、「Ｃair1[k]」は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される空気の熱容量を意味する。以下では、これを「第１ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair1[k]」とも称する。
【０１５７】
ここで、コントローラ６０は、第１ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair1[k]を以下の式（１７）に基づいて演算することができる。
【０１５８】
【数１７】
2019035171.tif 000019
【０１５９】
式（１７）において、右辺における「ｑair／ｎ」は、既に説明した理想分配空気流量に相当する。式（１７）によれば、この理想分配空気流量ｑair／ｎに空気比熱ｃairを乗じることで、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される空気の熱容量である第１ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair1[k]を演算することができる。
【０１６０】
したがって、コントローラ６０は、式（１６）で得られる第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]、式（１７）で得られる第１ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair1[k]、及び第１発熱量Ｑgen1[k]を式（１５）に適用することで、補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を演算することができる。
【０１６１】
このような補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を演算する意義について説明する。
【０１６２】
燃料電池システム１０の基本的な運転状態において、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋのアノード極に供給される燃料の流量は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋのカソード極に供給される空気の流量と比較して、十倍程度のオーダーで小さくなる。すなわち、基本的には、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される燃料の熱容量は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される空気の熱容量と比較して無視できる程度に小さいと言える。
【０１６３】
したがって、通常であれば、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの発熱が、実質的に第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋに供給される空気にのみ伝達し、燃料に伝達しないという仮定のモデルであっても、結果として算出される第１個別供給流量ｑair1_d[k]、第２個別供給流量ｑair2_d[n]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]に大きな誤差をもたらさないことが多い。
【０１６４】
しかしながら、例えば高負荷時などの特殊な運転状態下において第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋへの供給燃料流量が大きくなった場合など、燃料の熱容量が通常よりも大きくなるため、当該燃料への熱伝達が無視できない状態となることも考えられる。
【０１６５】
これに対して、本実施形態では、燃料への熱伝達を考慮した補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を求めるので、上述の燃料への熱伝達が無視できないシーンであっても、第１個別供給流量ｑair1_d[k]、第２個別供給流量ｑair2_d[n]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]を高精度に算出することができる。
【０１６６】
なお、式（１５）から明らかなように、右辺の（１−Ｃfuel1[k]／Ｃair1[k]）について、燃料に伝達する熱を無視できる場合には、ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel≒０とみなすことができるため、補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]は第１発熱量Ｑgen1[k]と実質的に一致する。
【０１６７】
一方で、燃料に伝達する熱を無視できない場合には、（１−Ｃfuel1[k]／Ｃair1[k]）＜１となるため、補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]＜第１発熱量Ｑgen1[k]となる。すなわち、補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]には第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの熱の燃料への伝達分が反映されている。したがって、以降の第１個別供給流量ｑair1_d[k]等の演算において、当該燃料への伝達分によって減少した補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を用いることができるので、第１個別供給流量ｑair1_d[k]等の推定精度がより向上する。
【０１６８】
次に、コントローラ６０は、補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を用いてステップＳ６２０〜ステップＳ６５０の処理を実行する。具体的に、コントローラ６０は、「第１発熱量Ｑgen1[k]」を「補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]」に置き換えて、上記第１変形例におけるステップＳ２２０〜ステップＳ２５０と同様の処理を行う。すなわち、コントローラ６０は、上記式（７）〜式（１０）に基づく各演算を実行し、第１個別供給流量ｑair1_d[k]及び第２個別供給流量ｑair2_d[n]を演算する。
【０１６９】
次に、ステップＳ６６０において、コントローラ６０は、上記ステップＳ６１０と同様の方法で、補正第２発熱量Ｑgen2_cor[n]を求める。
【０１７０】
すなわち、コントローラ６０は、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎに供給される燃料の熱容量としての第２ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel2[n]、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎに供給される空気の熱容量としての第２ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair2[n]を定めつつ、第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの第２発熱量Ｑgen2[n]に基づいて補正第２発熱量Ｑgen2_cor[n]を演算する。
【０１７１】
そして、ステップＳ６７０及びステップＳ６８０において、コントローラ６０は、第２実施形態で説明したステップＳ５２０及びステップＳ５３０（図１０参照）と同様の方法で、第２出口温度Ｔo2exp[n]を演算する。
【０１７２】
これにより、ＳＯＦＣスタック１２に供給される燃料への伝熱分も考慮されて、より高精度に第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの空気出口温度である第２出口温度Ｔo2exp[n]を推定することができる。
【０１７３】
以上、説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の作用効果を奏する。
【０１７４】
本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池群１２に供給される燃料の流量としての全供給燃料流量ｑfuelを取得する燃料流量取得部である燃料流量センサ８４をさらに有する。
【０１７５】
そして、コントローラ６０は、全供給燃料流量ｑfuelに基づいて燃料の熱容量である第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]及び第２ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel2[n]を算出し、第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]及び第２ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel2[n]に基づいて、第１個別供給流量ｑair1_d[k]、第２個別供給流量ｑair2_d[n]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]を補正する（図１２のステップＳ６１０〜ステップＳ６８０）。
【０１７６】
したがって、ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎの運転状態によって、燃料への伝熱量が空気への伝熱量に対して無視できないシーンであっても、当該燃料への伝熱量が考慮された第１個別供給流量ｑair1_d[k]、第２個別供給流量ｑair2_d[n]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]を高精度に演算することができる。
【０１７７】
なお、上記実施形態では、第１発熱量Ｑgen1[k]及び第２発熱量Ｑgen2[n]の双方を補正する場合について説明したが、これらの何れか一方のみを補正するようにしても良い。例えば、目的とする制御の態様によって、第２出口温度Ｔo2exp[n]をパラメータとして用いない場合などにおいては、第１発熱量Ｑgen1[k]を補正して得られる補正第１発熱量Ｑgen1_cor[k]を演算し、図１２に示すステップＳ６５０までの処理を行うようにしても良い。
【０１７８】
また、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料流量センサ８４を設けて、全供給燃料流量ｑfuelを検出している。しかしながら、燃料流量センサ８４を設けず、他の手段により全供給燃料流量ｑfuelを推定するようにしても良い。例えば、図示しない燃料供給源しての燃料タンクの燃料レベルの変化や燃料ポンプ８０のデューティ比に基づいて、全供給燃料流量ｑfuelを推定するようにしても良い。
【０１７９】
さらに、本実施形態では、上記式（１６）に基づく第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]及び第２ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel2[n]の演算において、各ＳＯＦＣスタック１２へ供給される燃料の流量をｑfuel／ｎと仮定している。
【０１８０】
しかしながら、例えば、各燃料分配管８２ａにインジェクタや開度調節バルブ等を設け、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに対する個別の燃料の流量制御量から、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎの個別の供給燃料流量を推定し、当該個別の供給燃料流量に基づいて、個別のスタック毎に第１ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel1[k]及び第２ＳＯＦＣ供給燃料熱容量Ｃfuel2[n]を演算するようにしても良い。
【０１８１】
さらに、式（１７）を用いた第１ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair1[k]及び第２ＳＯＦＣ供給空気熱容量Ｃair2[n]の演算において、右辺の理想分配空気流量ｑair／ｎを、ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎ毎の空気流量ばらつきが考慮された空気流量の値に置き換えても良い。
【０１８２】
例えば、本実施形態の補正がなされていない第１発熱量Ｑgen1[k]及び第２発熱量Ｑgen2[n]から上記第１変形例と同様の方法で、予備的な第１個別供給流量ｑair1_d[k]´、及び予備的な第２個別供給流量ｑair2_d[n]´を演算しておき、右辺の理想分配空気流量ｑair／ｎに代えてこれらの予備的な空気流量を適用するようにしても良い。
【０１８３】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は各変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１８４】
図１３は、第４実施形態にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。
【０１８５】
図示のように、本実施形態の燃料電池システム１０は、図９で説明した第２実施形態の燃料電池システム１０の構成に加えて、空気供給流路１４の空気流量を調節する冷媒調節装置としてのエアポンプ８６を有している。
【０１８６】
上記構成を有する本実施形態の燃料電池システム１０において、コントローラ６０は、第１出口温度センサ５４−ｋで検出された第１出口温度Ｔo1[k]、及び第２実施形態で説明したプロセス（図１０のステップＳ５１０〜ステップＳ５３０）で算出された第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて、エアポンプ８６の出力を制御し、空気供給流路１４の空気流量を調節する。
【０１８７】
なお、本実施形態では、ｋに０〜ｎ−１の全ての値を適用して、流量制御用出口温度Ｔo_f_contを演算する。したがって、流量制御用出口温度Ｔo_f_contは、全ての第１出口温度Ｔo1[1]，Ｔo1[2]，・・・Ｔo1[n-1]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の最も高い値に設定される。
【０１８８】
図１４は、本実施形態における空気流量制御の流れを説明するフローチャートである。
【０１８９】
ステップＳ７１０において、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]と第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の高い方の温度を、空気供給流路１４の空気流量の制御を行うための流量制御用出口温度Ｔo_f_contとして設定する。すなわち、流量制御用出口温度Ｔo_f_cont＝Ｍａｘ｛Ｔo1[k]，Ｔo2exp[n]｝と定義される。
【０１９０】
ステップＳ７２０において、コントローラ６０は、流量制御用出口温度Ｔo_f_contが所定の目標温度に近づくように、エアポンプ８６の出力を制御する。具体的に、コントローラ６０は、流量制御用出口温度Ｔo_f_contが目標温度よりも小さくなる方向に離れるほどエアポンプ８６の出力を低下させる。また、コントローラ６０は、流量制御用出口温度Ｔo_f_contが目標温度よりも大きくなる方向に離れるほどエアポンプ８６の出力を増加させる。
【０１９１】
以上、説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の作用効果を奏する。
【０１９２】
本実施形態の燃料電池システム１０は、空気供給流路１４の空気流量を調節する冷媒調節装置としてのエアポンプ８６をさらに有する。そして、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]及び第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて、エアポンプ８６を制御して空気供給流路１４の空気流量を調節する（図１４のステップＳ７１０及びステップＳ７２０）。
【０１９３】
これにより、検出される第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの第１出口温度Ｔo1[k]、及び上記第２実施形態等で説明したプロセスで推定された第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて、空気供給流路１４の空気流量が制御されることとなる。すなわち、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎのそれぞれの供給空気流量のばらつきが加味された空気出口温度情報に基づいて、空気供給流路１４の空気流量が制御されることとなるので、それぞれに供給すべき空気流量（目標空気流量）をより適切に設定することができる。結果として、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの温度制御をより好適に実行することができる。
【０１９４】
特に、本実施形態では、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]及び第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の高い方の温度である流量制御用出口温度Ｔo_f_contに基づき、エアポンプ８６を制御する（図１４のステップＳ７２０）。
【０１９５】
したがって、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの間において、最も高い空気出口温度に基づいて、エアポンプ８６の出力が制御されることとなる。
【０１９６】
結果として、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎへの供給空気流量を増加させる方向に制御されやすくなるので、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの耐熱の観点からの安全性をより向上させることができる。
【０１９７】
（第５実施形態）
以下、第５実施形態について説明する。なお、上記各実施形態又は各変形例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１９８】
図１５は、第５実施形態にかかる燃料電池システム１０の構成を説明する図である。
【０１９９】
図示のように、本実施形態の燃料電池システム１０は、図１３で説明した第４実施形態の燃料電池システム１０の構成を基本としている。そして、本実施形態の燃料電池システム１０は、第４実施形態の構成に対してさらに、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎの発電電力（取り出し電流）を調節する電力調節装置としての電力調節装置９０を有している。なお、この電力調節装置９０は、ＤＣＤＣコンバータ等により構成される。
【０２００】
また、電力調節装置９０は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ（１≦ｋ≦ｎ−１）及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎに対して、それぞれ個別に発電電力を調節可能に構成されている。
【０２０１】
したがって、本実施形態では、コントローラ６０は、基本的に、第１出口温度Ｔo1[k]に基づいて第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ（１≦ｋ≦ｎ−１）の発電電力を制御し、第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電電力をそれぞれ制御することができる。
【０２０２】
しかしながら、本実施形態においてコントローラ６０は、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発熱によって、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの温度が耐熱性の観点から定められる所定温度以上となることをより確実に防止すべく、安全マージンを考慮した一つの電力制御用出口温度Ｔo_g_contに基づく発電電力制御を実行する。以下にその詳細を説明する。
【０２０３】
図１６は、本実施形態における発電電力制御を説明するフローチャートである。
【０２０４】
ステップＳ８１０において、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]と第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の高い方の温度を、発電電力の制御を行うための電力制御用出口温度Ｔo_g_contとして設定する。すなわち、電力制御用出口温度Ｔo_g_cont＝Ｍａｘ｛Ｔo1[k]，Ｔo2exp[n]｝と定義される。
【０２０５】
なお、本実施形態では、ｋに０〜ｎ−１の全ての値を適用して、電力制御用出口温度Ｔo_g_contを演算する。したがって、電力制御用出口温度Ｔo_g_contは、全ての第１出口温度Ｔo1[1]，Ｔo1[2]，・・・Ｔo1[nー1]、及び第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の最も高い値に設定される。
【０２０６】
ステップＳ８２０において、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが所定の目標温度に近づくように、電力調節装置９０を制御する。具体的に、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが目標温度よりも小さくなる方向に離れるほど、各ＳＯＦＣスタック１２から取り出す電力（発熱量）が小さくなるように電力調節装置９０を制御する。一方、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが目標温度よりも大きくなる方向に離れるほど、各ＳＯＦＣスタック１２から取り出す電力（発熱量）が大きくなるように電力調節装置９０を制御する。
【０２０７】
ステップＳ８３０において、コントローラ６０は、ステップＳ８２０における電力調節装置９０の制御状態において、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが所定の閾値温度Ｔｔｈより大きいか否かを判定する。ここで、閾値温度Ｔthは、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの仕様に応じた耐熱性等を考慮して、当該第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの温度が上がり過ぎないようにする観点から実験等で定められる値である。
【０２０８】
コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが閾値温度Ｔthより大きくないと判断すると、ステップＳ８２０の発電制御を継続する。一方、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが閾値温度Ｔthより大きいと判断すると、ステップＳ８４０の処理を実行する。
【０２０９】
ステップＳ８４０において、コントローラ６０は、電力調節装置９０を制御して各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電を停止する。すなわち、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが一定以上高くなると、耐熱保護等の観点から、電力調節装置９０により各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電を停止させる。
【０２１０】
以上、説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、以下の作用効果を奏する。
【０２１１】
本実施形態の燃料電池システム１０は、ＳＯＦＣスタック１２の発電電力を調節する電力調節装置９０をさらに有する。そして、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]及び第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて、電力調節装置９０を制御する（図１６のステップＳ８１０〜ステップＳ８４０）。
【０２１２】
これにより、検出される第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋの第１出口温度Ｔo1[k]、及び上記第２実施形態等で説明したプロセスで推定された第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの第２出口温度Ｔo2exp[n]に基づいて、ＳＯＦＣスタック１２の発電電力が制御されることとなる。すなわち、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎのそれぞれの供給空気流量のばらつきが加味された空気出口温度情報に基づいて、ＳＯＦＣスタック１２の発電電力が制御されることとなるので、当該発電電力の調節に基づく、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発熱量の制御をより高精度に実行することができる。
【０２１３】
特に、本実施形態では、コントローラ６０は、第１出口温度Ｔo1[k]及び第２出口温度Ｔo2exp[n]の内の高い方の温度である電力制御用出口温度Ｔo_g_contに基づき、電力調節装置９０を制御する（図１６のステップＳ８１０）。
【０２１４】
すなわち、電力制御用出口温度Ｔo_g_contは、第１出口温度Ｔo1[k]と第２出口温度Ｔo2exp[n]の高い方として設定される。したがって、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの間において、最も発熱量が大きいと推測されるもの空気出口温度に基づいて、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電量が制御されることとなる。
【０２１５】
結果として、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電電力は、より発熱量を低下させる方向に制御されやすくなるので、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの耐熱の観点からの安全性をより向上させることができる。
【０２１６】
さらに、本実施形態では、コントローラ６０は、電力制御用出口温度Ｔo_g_contが所定の閾値温度Ｔｔｈを越えたら、電力調節装置９０により第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発電を停止させる（図１６のステップＳ８３０及びステップＳ８４０）。
【０２１７】
すなわち、耐熱保護の観点から安全側に設定されている電力制御用出口温度Ｔo_g_contが閾値温度Ｔｔｈを超えたら、第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの発熱を止めるべく発電を停止させる。
【０２１８】
これにより、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎが、耐熱保護の観点から定められる上限温度等を越えることをより確実に防止することができるので、各第１ＳＯＦＣスタック１２−ｋ及び第２ＳＯＦＣスタック１２−ｎの耐熱保護の観点から安全性がより向上する。
【０２１９】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０２２０】
例えば、上記各実施形態及び各変形例の燃料電池システム１０では、分配前空気流量センサ５０により、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎに供給される空気流量の合計である分配前空気流量ｑairを検出している。しかしながら、分配前空気流量センサ５０を設けることに代えて、空気供給流路１４に空気を供給するエアポンプ８６の設定出力等から、分配前空気流量ｑairを推定するようにしても良い。
【０２２１】
また、上記各実施形態及び各変形例の燃料電池システム１０では、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎが電気負荷に対して並列に配置されているため、共通の電流センサ５８を一つ配置している。しかしながら、各ＳＯＦＣスタックが電気負荷に対して並列に配置されていないなどのそれぞれの電流が異なる場合には、各ＳＯＦＣスタックのすべてに電流センサを設けるか、又は少なくとも相互に電流が異なるＳＯＦＣスタックに対して異なる電流センサを設けるようにしても良い。
【０２２２】
また、上記各実施形態及び各変形例の燃料電池システム１０では、例えば、第１発熱量Ｑgen1[k]又は第２発熱量Ｑgen2[n]の演算にあたり、全てのＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎで同一の理論起電力Ｅ0を設定している。しかしながら、例えば、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎ相互で単位セルの積層数が異なるなどの一スタックあたりの出力可能電圧が異なる場合には、適宜、各ＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎ毎に異なる理論起電力の値を設定して各発熱量を演算するようにしても良い。
【０２２３】
さらに、上記各実施形態及び各変形例の燃料電池システム１０では、燃料電池群１２がＳＯＦＣスタック１２−１〜１２−ｎで構成されている例を説明した。しかしながら、燃料電池群１２の少なくとも一部が単位燃料電池セルで構成されているシステムにおいても上記各実施形態及び各変形例の算出方法、供給空気流量制御、及び発電電力制御を同様に適用することができる。
【０２２４】
さらに、上記各実施形態及び各変形例の演算に用いた「空気比熱ｃair」、及び第３実施形態の演算に用いる「燃料比熱ｃfuel」は、いずれも固定値を用いているが、例えば、これらの値の温度等の要因による変動を考慮して、適宜、補正された値を用いるようにしても良い。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月15日(2020.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
なお、本変形例において、説明の簡略化のため、必要に応じて、１≦ｋ≦Ｎ−２の範囲をとる整数ｋにより、各ＳＯＦＣスタック１２−１，１２−２，・・・１２−（Ｎ−２）及びその周辺構成に関する説明を集約する。しかしながら、当該説明は１≦ｋ≦Ｎ−２となる任意の整数ｋに対して同様に成立する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
したがって、本変形例では、１≦ｋ≦Ｎ−２における２つのＳＯＦＣスタック１２−ｋ，１２−（ｋ＋１）からなるＳＯＦＣグループ１２[k,k+1]が「第１ＳＯＦＣスタック」に相当する。
【国際調査報告】
2019035171.tif 000036
2019035171.tif 000037