(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックに空気を供給するための空気供給ユニットから供給された空気を用いて外部負荷を駆動するための電力を発電する燃料電池システムであって、
前記外部負荷を駆動するための電力を蓄えるバッテリと、
前記空気供給ユニットを駆動するためのモータと、
前記モータの回生電力を前記バッテリに充電する回生制御部と、
要求発電量に応じて前記燃料電池スタックに空気を供給する供給空気制御部と、
前記燃料電池システムの運転状態に基づいて、発電量の急増が予測されるかを判定し、又は、前記外部負荷に対する電力供給性能の低下を判定する判定部と、
を備え、
前記供給空気制御部は、発電量の急増が予測されると判定されたとき、又は、電力供給性能の低下が判定されたときは、判定されていないときよりも前記モータの回生電力を小さくすることで、前記要求発電量に応じた空気流量よりも空気量を増加させる、
燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池スタックに空気を供給するための空気供給ユニットから供給された空気を用いて外部負荷を駆動するための電力を発電する燃料電池システムであって、
要求発電量に応じて前記燃料電池スタックに空気を供給する供給空気制御部と、
前記燃料電池システムの運転状態に基づいて、発電量の急増が予測されるかを判定し、又は、前記外部負荷に対する電力供給性能の低下を判定する判定部と、
要求発電量に応じて前記燃料電池スタックの出力電流を制御する出力電流制御部と、
を備え、
前記供給空気制御部は、発電量の急増が予測されると判定されたとき、又は、電力供給性能の低下が判定されたときは、前記要求発電量に応じた空気流量よりも空気量を増加させ、
前記出力電流制御部は、
前記外部負荷を駆動するための電力の急増に対する前記燃料電池スタックの発電応答遅れを考慮して、前記燃料電池スタックの出力電流の急増を制限し、
前記供給空気制御部によって空気量が増加されているときは、前記燃料電池スタックの出力電流の急増に対する制限を緩和する、
燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池スタックに空気を供給するための空気供給ユニットから供給された空気を用いて外部負荷を駆動するための電力を発電する燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックよりも上流から分岐して、前記空気供給ユニットから供給された空気の一部が前記燃料電池スタックを迂回するように流れるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流れる空気流量を調整するバイパス弁と、
バイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御部と、
要求発電量に応じて前記燃料電池スタックに空気を供給する供給空気制御部と、
前記燃料電池システムの運転状態に基づいて、発電量の急増が予測されるかを判定し、又は、前記外部負荷に対する電力供給性能の低下を判定する判定部と、
を備え、
前記供給空気制御部は、発電量の急増が予測されると判定されたとき、又は、電力供給性能の低下が判定されたときは、前記要求発電量に応じた空気流量よりも空気量を増加させ、
前記バイパス弁制御部は、空気量が増加されているときに発電量の急増がなければ前記バイパス弁を開弁して余剰の空気を逃がし、発電量が急増すれば前記バイパス弁の開度を小さくする、
燃料電池システム。
【請求項４】
発電量の急増時に、前記バッテリの電力を補助的に前記外部負荷に供給する電力供給制御部を備え、
前記判定部は、前記バッテリの性能が低下するときに、前記外部負荷への供給電力の低下を判定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記バイパス弁制御部は、前記燃料電池スタックの湿潤度が過多である場合には、発電量の急増がなければ湿潤度が過多であるほど前記バイパス弁の開度を小さくして、前記燃料電池スタックへ供給する空気を増大することで過多な湿潤状態を低減する、
請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記供給空気制御部によって空気量が増加されているときに、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水の温度を上昇させる水温制御部を備え、
前記バイパス弁制御部は、冷却水の温度が上昇するほど、前記バイパス弁の開度を大きくすることで、過剰な空気を低減する、
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記バイパス弁制御部は、全開よりは小さい開度で前記バイパス弁を制御する、
請求項３、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記判定部は、前記燃料電池スタックの性能が低下するときに、前記外部負荷への供給電力の低下を判定する、
請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記判定部は、前記燃料電池スタックに供給される空気中の異物を除去するエアフィルタの圧力損失が所定値よりも大きいときに、前記燃料電池スタックの性能低下を判定する、
請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記判定部は、前記燃料電池スタックを構成する各燃料電池の電圧が所定値よりも小さいときに、前記燃料電池スタックの性能低下を判定する、
請求項８又は請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記判定部は、所定電流に対する電圧が所定値よりも小さいときに、前記燃料電池スタックの性能低下を判定する、
請求項８から請求項１０までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記供給空気制御部は、電力供給性能の低下が判定されたときは、性能が低下しているほど多くの空気を供給する、
請求項１から請求項１１までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池スタックよりも上流から分岐して、前記空気供給ユニットから供給された空気の一部が前記燃料電池スタックを迂回するように流れるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流れる空気流量を調整するバイパス弁と、
前記燃料電池スタックの要求に応じて、前記燃料電池スタックに供給する空気流量の目標値を算出する目標スタック供給流量算出部と、
目標スタック供給流量に基づいて、前記空気供給ユニットから前記燃料電池スタックに供給される空気の流量が、前記目標スタック供給流量となるように、前記バイパス弁を制御するバイパス弁制御部と、
を備える請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【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】
ＪＰ２００７−１９４０８０Ａには、従来の燃料電池システムとして、コンプレッサによって燃料電池スタックにカソードガスを供給し、燃料電池スタックに接続された外部負荷の要求電力に応じて燃料電池スタックを発電させるものが開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
外部負荷の要求電力が増加したときは、発電に必要なカソードガス流量、すなわち、各燃料電池のカソード内において電極反応に必要な酸素分圧を確保するために必要なカソードガス流量も増加する。このとき、コンプレッサによってカソードガス流量を増加させても、増加分のカソードガスが燃料電池スタックに到達するまでには遅れが生じる。
【０００４】
そのため、特に外部負荷の要求電力の増加量が大きいときは、発電に必要なカソードガスが過渡的に不足した状態で燃料電池スタックから電力が取り出される状態となる。そうすると、出力電圧が低下して外部負荷の作動に支障をきたしたり、燃料電池の触媒が劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、このようなカソードガス供給系の応答遅れによる不都合を解消することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様による燃料電池システムは、要求発電量に応じて燃料電池スタックに空気を供給する供給空気制御部と、燃料電池システムの運転状態に基づいて、発電量の急増が予測されるかを判定し、又は、外部負荷に対する電力供給性能の低下を判定する判定部と、を備える。そして、供給空気制御部は、発電量の急増が予測されると判定されたとき、又は、電力供給性能の低下が判定されたときは、要求発電量に応じた空気流量よりも空気量を増加させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による制御フローチャートである。
【図３】図３は、発電急増予測判定ルーチンのフローチャートである。
【図４】図４は、第１実施形態の発電急増の予測に使用するマップの一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、車速が高いほど、空気を増量する理由を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、車速が高いほど、空気を増量する理由を説明する図である。
【図６】図６は、車速とコンプレッサ供給流量との相関を、アクセル操作量ごとに示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、目標空気流量を実現するための制御ブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、目標空気流量を実現するための制御ブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイミングチャートである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態による制御フローチャートである。
【図１０】図１０は、電力供給性能の低下判定ルーチンのフローチャートである。
【図１１】図１１は、外気温とコンプレッサ供給流量との相関図である。
【図１２】図１２は、電力急増予測判定ルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１３は、第２実施形態の電力急増の予測に使用するマップの一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態によるアクセル操作量とコンプレッサ供給流量との相関を、車速ごとに示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４実施形態によるブレーキペダル操作量とコンプレッサ供給流量との相関図である。
【図１７】図１７は、本発明の第５実施形態について説明する制御ブロック図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の第５実施形態の発電電力演算部で目標発電電力を演算するときに使用するマップの一例を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の第５実施形態の発電電力演算部で目標発電電力を演算するときに使用するマップの一例を示す図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の第５実施形態の発電電力演算部で目標発電電力を演算するときに使用するマップの一例を示す図である。
【図１９】図１９は、目標空気流量演算部で演算された目標空気流量を負荷減少時の変化率で制限する場合の制御ブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の第６実施形態の制御について、作動タイミングを示すタイミングチャートに沿って説明する図である。
【図２１】図２１は、本発明の第７実施形態の制御について、作動タイミングを示すタイミングチャートに沿って説明する図である。
【図２２】図２２は、本発明の第８実施形態による目標発電電力と目標空気量との相関図である。
【図２３】図２３は、本発明の第９実施形態による燃料電池システムの概略図である。
【図２４】図２４は、本発明の第９実施形態によるソードコンプレッサ及びバイパス弁の制御ブロック図である。
【図２５】図２５は、本発明の第１０実施形態によるソードコンプレッサ及びバイパス弁の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の各実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とによって挟み、アノードに水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソードに酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード及びカソードの両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
【００１０】
アノード  ：    ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-                 …(１)
カソード  ：    ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ         …(２)
【００１１】
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
【００１２】
燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１００の概略図である。
【００１４】
燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、カソードガス給排装置２と、アノードガス給排装置３と、スタック冷却装置４と、電力系５と、コントローラ６と、を備える。
【００１５】
燃料電池スタック１は、複数枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、負荷に応じて発電する。
【００１６】
カソードガス給排装置２は、カソードガス供給通路２０と、カソードガス排出通路２１と、フィルタ２２と、カソードコンプレッサ２３と、水分回収装置（Water Recovery Device；以下「ＷＲＤ」という。）２４と、カソード調圧弁２５と、バイパス通路２６と、バイパス弁２７と、第１エアフローセンサ６０と、カソード圧力センサ６２と、を備える。カソードガス給排装置２は、燃料電池スタック１にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスを外気に排出する。
【００１７】
カソードガス供給通路２０は、燃料電池スタック１に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路２０は、一端がフィルタ２２に接続され、他端が燃料電池スタック１のカソードガス入口孔に接続される。
【００１８】
カソードガス排出通路２１は、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路２１は、一端が燃料電池スタック１のカソードガス出口孔に接続され、他端が開口端となっている。カソードオフガスは、カソードガスと、電極反応によって生じた水蒸気と、の混合ガスである。
【００１９】
フィルタ２２は、カソードガス供給通路２０に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。
【００２０】
カソードコンプレッサ２３は、カソードガス供給通路２０に設けられる。本実施形態では、カソードコンプレッサ２３として遠心式ターボコンプレッサを使用している。カソードコンプレッサ２３は、フィルタ２２を介してカソードガスとしての空気（外気）をカソードガス供給通路２０に取り込み、燃料電池スタック１に供給する。カソードコンプレッサ２３は、コンプレッサモータ２３１によって駆動される。コンプレッサモータ２３１には、コンプレッサインバータ２３２が接続される。コンプレッサインバータ２３２をコントローラ６によって制御することで、コンプレッサモータ２３１、ひいてはカソードコンプレッサ２３が制御される。
【００２１】
コンプレッサインバータ２３２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチから構成される。コンプレッサインバータ２３２の半導体スイッチは、コントローラ６によって開閉制御され、これにより直流電力が交流電力に、又は、交流電力が直流電力に変換される。
【００２２】
コンプレッサインバータ２３２は、コンプレッサモータ２３１を電動機として機能させるときは、燃料電池スタック１の発電電力やバッテリ５３の出力電力を三相交流電力に変換してコンプレッサモータ２３１に供給する。一方で、コンプレッサモータ２３１を発電機として機能させるときは、コンプレッサモータ２３１の回生電力（三相交流電力）を直流電力に変換してバッテリ５３に供給する。カソードコンプレッサ２３の回転速度を低下させる際、本実施形態ではこのコンプレッサモータ２３１の回生電力の大きさを制御することで、カソードコンプレッサ２３の回転速度の低下度合いを制御している。
【００２３】
ＷＲＤ２４は、カソードガス供給通路２０及びカソードガス排出通路２１のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路２１を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路２０を流れるカソードガスを加湿する。
【００２４】
カソード調圧弁２５は、ＷＲＤ２４よりも下流のカソードガス排出通路２１に設けられる。カソード調圧弁２５は、コントローラ６によって開閉制御されて、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの圧力を所望の圧力に調節する。なお、カソード調圧弁２５を設けずに、オリフィス等の絞りを設けるようにしても良い。
【００２５】
バイパス通路２６は、カソードコンプレッサ２３から吐出されたカソードガスの一部を、必要に応じて燃料電池スタック１を経由させずに直接カソードガス排出通路２２に排出することができるように設けられた通路である。バイパス通路２６は、一端がカソードコンプレッサ２３とＷＲＤ２４との間のカソードガス供給通路２１に接続され、他端がカソード調圧弁２５よりも下流のカソードガス排出通路２２に接続される。
【００２６】
バイパス弁２７は、バイパス通路２６に設けられる。バイパス弁２７は、コントローラ４によって開閉制御されて、バイパス通路２６を流れるカソードガスの流量（以下「バイパス流量」という。）を調節する。
【００２７】
第１エアフローセンサ６０は、カソードコンプレッサ２３よりも上流のカソードガス供給通路２０に設けられる。第１エアフローセンサ６０は、カソードコンプレッサ２３が供給するカソードガスの流量（以下「コンプレッサ供給流量」という。）を検出する。以下の説明では、この第１エアフローセンサ４１の検出値を必要に応じて「検出コンプレッサ供給流量」という。
【００２８】
カソード圧力センサ６２は、カソードコンプレッサ２３と、バイパス通路２６の接続部との間のカソードガス供給通路２０に設けられる。カソード圧力センサ６２は、ＷＲＤ２７のカソードガス入口部近傍のカソードガスの圧力を検出する。以下では、このカソード圧力センサ６３の検出値を必要に応じて「検出カソード圧」という。
【００２９】
アノードガス給排装置３は、燃料電池スタック１にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路２１に排出する。アノードガス給排装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、アノード調圧弁３３と、アノードポンプ３４と、アノードガス排出通路３５と、パージ弁３６と、アノード圧力センサ６３と、を備える。
【００３０】
高圧タンク３１は、燃料電池スタック１に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
【００３１】
アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１から排出されるアノードガスを燃料電池スタック１に供給するための通路である。アノードガス供給通路３２は、一端が高圧タンク３１に接続され、他端が燃料電池スタック１のアノードガス入口孔に接続される。
【００３２】
アノード調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。アノード調圧弁３３は、コントローラ６によって開閉制御されて、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。
【００３３】
アノードポンプ３４は、アノード調圧弁３２よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられる。アノードポンプ３４は、アノード調圧弁３３で調圧されたアノードガスを燃料電池スタック１に送る。なお、アノードポンプ３４を設けずに、高圧タンク３１側と燃料電池スタック１側との圧力差を利用してアノードガスを供給するようにしても良い。
【００３４】
アノードガス排出通路３５は、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスが流れる通路である。アノードガス排出通路３５は、一端が燃料電池スタック１のアノードガス出口孔に接続され、他端がカソードガス排出通路２１に接続される。
【００３５】
アノードガス排出通路３５を介してカソードガス排出通路２１に排出されたアノードオフガスは、カソードガス排出通路２１内でカソードオフガスと混合されて燃料電池システム１００の外部に排出される。アノードオフガスには、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガス（水素）が含まれているので、カソードオフガスと混合させて燃料電池システム１００の外部に排出することで、その排出ガス中の水素濃度が予め定められた所定濃度以下となるようにしている。
【００３６】
パージ弁３６は、アノードガス排出通路３５に設けられる。パージ弁３６は、コントローラ６によって開閉制御され、アノードガス排出通路３５からカソードガス排出通路２１に排出するアノードオフガスの流量を制御する。
【００３７】
アノード圧力センサ６３は、アノード調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられ、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力（以下「アノード圧力」という。）を検出する。以下では、このアノード圧力センサ６３の検出値を必要に応じて「検出アノード圧力」という。
【００３８】
スタック冷却装置４は、燃料電池スタック１を冷却し、燃料電池スタック１を発電に適した温度に保つ装置である。スタック冷却装置４は、冷却水循環通路４１と、ラジエータ４２と、冷却水バイパス通路４３と、三方弁４４と、循環ポンプ４５と、出口水温センサ６４と、を備える。
【００３９】
冷却水循環通路４１は、燃料電池スタック１を冷却するための冷却水が循環する通路であって、一端が燃料電池スタック１の冷却水入口孔に接続され、他端が燃料電池スタック１の冷却水出口孔に接続される。
【００４０】
ラジエータ４２は、冷却水循環通路４１に設けられる。ラジエータ４２は、燃料電池スタック１から排出された冷却水を冷却する。ラジエータ４２には、クーリングファン４２１が設けられている。
【００４１】
冷却水バイパス通路４３は、ラジエータ４２をバイパスさせて冷却水を循環させることができるように、一端が冷却水循環通路４１に接続され、他端が三方弁４４に接続される。
【００４２】
三方弁４４は、ラジエータ４２よりも下流側の冷却水循環通路４１に設けられる。三方弁４４は、冷却水の温度に応じて冷却水の循環経路を切り替える。具体的には、冷却水の温度が所定温度よりも高いときは、燃料電池スタック１から排出された冷却水が、ラジエータ４２を介して再び燃料電池スタック１に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。逆に、冷却水の温度が所定温度よりも低いときは、燃料電池スタック１から排出された冷却水から排出された冷却水が、ラジエータ４２を介さずに冷却水バイパス通路４３を流れて再び燃料電池スタック１に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。
【００４３】
循環ポンプ４５は、三方弁４４よりも下流側の冷却水循環通路４１に設けられて、冷却水を循環させる。
【００４４】
出口水温センサ６４は、燃料電池スタック１の冷却水出口孔近傍の冷却水循環通路に設けられる。出口水温センサ６４は、燃料電池スタック１から排出された冷却水の温度（以下「出口水温」という。）を検出する。
【００４５】
電力系５は、電流センサ６５と、電圧センサ６６と、走行モータ５１と、走行インバータ５２と、バッテリ５３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４と、を備える。
【００４６】
電流センサ６５は、燃料電池スタック１から取り出される電流（以下「出力電流」という。）を検出する。
【００４７】
電圧センサ６６は、燃料電池スタック１の電力取り出し端子間の電圧（以下「出力電圧」という。）を検出する。また、燃料電池スタック１を構成する燃料電池１０の１枚ごとの電圧を検出できるようにすると尚良い。さらに、複数枚おきに電圧を検出できるようにしても良い。
【００４８】
燃料電池スタック１と走行モータ５１とは電気ラインによって接続され、その接続ラインにＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介してバッテリ５３が接続される。
【００４９】
走行モータ５１は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにステータコイルを巻き付けた三相交流同期モータである。走行モータ５１は、燃料電池スタック１及びバッテリ５３から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、ロータが外力によって回転させられる車両の減速時にステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機としての機能と、を有する。
【００５０】
走行インバータ５２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチから構成される。走行インバータ５２の半導体スイッチは、コントローラ６によって開閉制御され、これにより直流電力が交流電力に、又は、交流電力が直流電力に変換される。走行インバータ５２は、走行モータ５１を電動機として機能させるときは、燃料電池スタック１の発電電力とバッテリ５３の出力電力との合成直流電力を三相交流電力に変換して走行モータ５１に供給する。一方で、走行モータ５１を発電機として機能させるときは、走行モータ５１の回生電力（三相交流電力）を直流電力に変換してバッテリ５３に供給する。
【００５１】
バッテリ５３は、燃料電池スタック１の発電電力（出力電流×出力電圧）の余剰分及び走行モータ５１の回生電力を充電する。バッテリ５３に充電された電力は、必要に応じてカソードコンプレッサ２５などの補機類や走行モータ５１などの外部負荷に供給される。
【００５２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、燃料電池スタック１の出力電圧を昇降圧させる双方向性の電圧変換機である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４によって燃料電池スタック１の出力電圧を制御することで、燃料電池スタック１の出力電流、ひいては発電電力が制御される。
【００５３】
コントローラ６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）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００５４】
コントローラ６には、前述した第１エアフローセンサ６０等の他にも、アクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル操作量」という。）を検出するアクセルストロークセンサ６７やブレーキペダルの操作信号を検出するブレーキスイッチ６８、バッテリ充電率（ＳＯＣ；State Of Charge）を検出するＳＯＣセンサ６９などの燃料電池システム１００の運転状態を検出するための各種センサ類からの信号が入力される。コントローラ６は、これらの入力信号に基づいて、カソードコンプレッサ２３やカソード調圧弁２５、バイパス弁２７、アノード調圧弁３３、アノードポンプ３４、パージ弁３６、三方弁４４、循環ポンプ４５などの作動を制御する。
【００５５】
コントローラ６は、燃料電池システム１００の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１の目標発電電力を算出する。具体的には、走行モータ５１の要求電力やカソードコンプレッサ２３等の補機類の要求電力、バッテリ５３の充放電要求などに基づいて、目標発電電力を算出する。また、目標発電電力に基づいて、例えば予め定められた燃料電池スタック１のＩＶ特性（電流電圧特性）を参照して燃料電池スタック１の目標出力電流を算出する。
【００５６】
そしてコントローラ６は、燃料電池スタック１の出力電流が目標出力電流となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４によって燃料電池スタック１の出力電圧を制御し、走行モータ５１や補機類に必要な電力を供給する。
【００５７】
ここで、例えばアクセル操作量が増加して走行モータ５１の要求電力が増加し、目標発電電力が増加する過渡時において、目標発電電力の増加量が大きいと、目標発電電力を発電するために必要な酸素分圧を確保するべくカソードコンプレッサ２３を制御してコンプレッサ供給流量を増加させても、燃料電池スタック１に到達するまでには遅れが生じる。そのため、発電に必要なカソードガス、すなわち各燃料電池のカソード内において電極反応に必要な酸素分圧を確保するために必要なカソードガスが過渡的に不足した状態で燃料電池スタック１から電力が取り出される状態となる。そうすると、出力電圧が低下して走行モータ５１の作動に支障をきたしたり、電極中の触媒が劣化したりするおそれがある。本実施形態のようにカソードコンプレッサ２３として遠心式ターボコンプレッサを用いる場合は、このようなカソードガス供給系の応答遅れが特に大きい。
【００５８】
そこで、カソードガス供給系の応答遅れによる不都合が生じないように、例えば出力電流の増加率を所定値以下に制限することで燃料電池スタック１から取り出す電力量を制限し、不足分の電力はバッテリ５３によって補うようにすることが考えられる。すなわち、加速時における電力をバッテリ５３によってアシストすることが考えられる。
【００５９】
しかしながら、不足分の電力をバッテリ５３によって補うようにしても、バッテリ５３の状態によっては不足分の電力を補うことができない場合がある。したがって、目標発電電力が増加したときに、できるだけ応答遅れなく発電に必要なカソードガスが燃料電池スタック１に供給されるようにするのが望ましい。
【００６０】
そこで本実施形態では、燃料電池システム１００の運転状態に基づいて、発電急増（目標発電電力の急増）が予測される運転状態か否かを判定する。
【００６１】
そして、発電急増が予測されない運転状態のときは、目標発電電力に対する燃料電池スタック１の応答遅れを考慮して、燃料電池スタック１の出力電流の急増を制限しておく。
【００６２】
一方で、発電急増が予測される運転状態のときは、カソードコンプレッサ２３が供給する空気を予め増量しておくとともに、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和する発電急増準備運転を実施することとした。このような状態にしておけば、アクセルペダルの踏み込みのような発電急増の指令があったときに迅速に燃料電池スタック１の発電量を急増できるように、準備しておくことができる。
【００６３】
なおカソードコンプレッサ２３が増量した空気がすべて燃料電池スタック１に供給されては、電解質膜の適切な湿潤状態が維持されない。そこで本実施形態では、バイパス弁２７を開弁することで、現時点で必要な電力（発電急増準備運転中の目標発電電力）を発電するのに必要な空気を越える余剰の空気を逃がすようにした。
【００６４】
そして、実際に発電の急増が指令されたらバイパス弁２７の開度を小さくする。このようにすれば、ドライバによる発電急増指令(アクセルペダルの踏み込み)に遅れることなく、燃料電池スタック１に供給する空気量を迅速に増量できる。このとき、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限は緩和されているので、迅速に燃料電池スタック１の発電量を急増できる。
【００６５】
以下では、このような技術思想を実現する具体的な手法について説明する。
【００６６】
図２は、コントローラ６が実行する本実施形態による制御フローチャートである。コントローラ６は、微小時間(たとえば１０ミリ秒)ごとにこのフローチャートを繰り返し実行する。
【００６７】
ステップＳ１においてコントローラ６は、燃費重視モードであるか否かを判定する。コントローラ６は、燃費重視モードでなければステップＳ２へ処理を移行し、燃費重視モードであれば処理を抜ける。これは、発電急増に備えてコンプレッサ供給流量を増量すると、その分カソードコンプレッサ２３の消費電力が増加し、燃費が悪化するためである。
【００６８】
ステップＳ２においてコントローラ６は、燃料電池スタック１の発電急増が予測されているか否かを判定する。なお発電急増とは、発電量を増やす指令が出てからコンプレッサ供給流量を増加させていたのでは、燃料電池スタック１の発電が遅れてしまってタイムラグが生じてしまうほど急激に発電が急増することである。また発電急増か否かは、発電量の増量分が所定値よりも大きいか否かで判断できる。この所定値は予め実験を通じて設定しておけばよい。
【００６９】
ただし本実施形態では、後述のステップＳ４のようにして燃料電池スタック１の発電急増が予測されるか否かを判定している。すなわち本実施形態では、発電量の増量分が発電急増にあたるか否かを判定するための所定値を、他の値で代替しているのである。
【００７０】
コントローラ６は、燃料電池スタック１の発電急増が予測されていなければステップＳ３へ処理を移行し、燃料電池スタック１の発電急増が予測されていればステップＳ５へ処理を移行する。燃料電池スタック１の発電急増の予測は、後述のステップＳ４で行われる。このフローチャートは、上述の通り、微小時間ごとに繰り返し実行されるので、ステップＳ４で一旦燃料電池スタック１の発電急増が予測されれば、次サイクル以降は、ステップＳ５に処理が移行される。
【００７１】
ステップＳ３においてコントローラ６は、目標発電電力に対する燃料電池スタック１の応答遅れを考慮して、燃料電池スタック１の出力電流の急増を制限する。
【００７２】
ステップＳ４においてコントローラ６は、燃料電池スタック１の発電急増の予測を判定する。具体的には、図３を参照して説明する。なお図３は、発電急増予測判定ルーチンのフローチャートである。
【００７３】
ステップＳ４１においてコントローラ６は、発電負荷（目標発電電力）の減少度合いが所定値よりも大であるか否かを判定する。具体的には、図４のようなマップを準備しておき、発電負荷の減少度合いが所定値よりも大、すなわち図４の横軸で発電負荷の減少度合いが所定値よりも左であれば、肯を判定する。コントローラ６は、判定結果が肯であればステップＳ４２へ処理を移行する。コントローラ６は、判定結果が否であれば一旦処理を抜ける。このときは、燃料電池スタック１の発電急増を予測しない。
【００７４】
なお図４に示されているように、発電負荷の減少度合いが大きいほど（横軸の左であるほど）、ステップＳ５においてコンプレッサ供給流量を増量するとよい。発電負荷の減少度合いが大きいほど（横軸の左であるほど）、その後の発電負荷の急増分も大きくなると予想されるからである。
【００７５】
ステップＳ４２においてコントローラ６は、燃料電池スタック１の発電急増を予測する。
【００７６】
再び図２に戻る。
【００７７】
ステップＳ５においてコントローラ６は、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気を供給するように、コンプレッサモータ２３１を作動させる。発電急増が予測されなければ、目標発電電力を発電するのに必要な空気だけ供給すればよいが、発電急増が予測されるときには、急増が可能になるだけの過剰な空気を予め供給しておく必要があるからである。
【００７８】
なお空気の増量分は、上述のように発電負荷の減少度合いが大きいほど、大きくすればよい。また車速が高いほど、大きくしてもよい。この理由については、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。
【００７９】
図５Ａは、走行モータ５１の回転速度（車速）とモータトルクとの相関、および、走行モータ５１の回転速度（車速）とモータ出力（モータ消費電力）との相関を示す図である。図５Ｂは、高車速ＶHで走行している状態からアクセルペダルを踏み増したときのモータ出力（走行モータ５１の消費電力）の時間変化と、低車速ＶLで走行している状態からアクセルペダルを踏み増したときのモータ出力（走行モータ５１の消費電力）の時間変化と、の相違を示す図である。
【００８０】
図５Ａに示されるように、高車速ＶHで走行しているときは、モータトルクは小さいが消費電力は大きい。これに対して低車速ＶLで走行しているときは、モータトルクは大きいが消費電力は小さい。
【００８１】
また、図５Ｂに示されるように、高車速ＶHで走行しているときにアクセルペダルを踏み増して急加速すると、走行モータ５１の消費電力は急激に立ち上がり短時間で変化する。これに対して、低車速ＶLで走行しているときにアクセルペダルを踏み増して急加速すると、走行モータ５１の消費電力は高車速ＶHのときに比べて緩やかに立ち上がる。
【００８２】
これは、図５Ａから分かるように走行モータ５１は、低速では小さな消費電力で大きなトルクを出せるという特性や、またそのような特性であるので、低速ではタイヤの空転を防止すべく図５Ａの低速領域のようにトルクを一定値で制限していることなどに起因する。
【００８３】
したがって、低速走行中にアクセルペダルが踏み増されても、高速走行に比べて消費電力の変化が緩やかなのである。換言すれば、高速走行中にアクセルペダルが踏み増されれば、低速走行に比べて消費電力が急峻に変化する。そこで高車速ほど空気の増量分を多くすることで、発電量の急激な変化に耐えるようにしておけばよい。
【００８４】
図６は、車速とカソードコンプレッサ２３の供給空気流量（コンプレッサ供給流量）との相関を、アクセル操作量ごとに示す図である。
上述の通り、高車速ほど空気の増量分を多くするとよい。さらに図６に示されているように、アクセル操作量をも考慮して、アクセル操作量が小さいほどコンプレッサ供給流量を大にしてもよい。すなわちアクセル操作量が小さいほど、今後大きく踏み込まれる可能性が大きい。そこでアクセル操作量が小さいほどコンプレッサ供給流量を多くすることで、急発電に耐えるようにしておけばよい。
【００８５】
再び図２に戻る。
ステップＳ６においてコントローラ６は、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和する。
【００８６】
ステップＳ７においてコントローラ６は、実際に発電急増の指令があるか否かを判定する。コントローラ６は、発電急増の指令がなければステップＳ８へ処理を移行し、発電急増の指令があればステップＳ９へ処理を移行する。
【００８７】
ステップＳ８においてコントローラ６は、カソードコンプレッサ２３によって増量された空気のうち、目標発電電力を発電するのに必要な空気を越える余剰の空気がバイパス通路２６に流れるように、バイパス弁２７を開弁する。
【００８８】
ステップＳ９においてコントローラ６は、増加した目標発電電力を発電できるだけの空気を燃料電池スタック１に供給できるように、バイパス弁２７の開度を小さくする。
【００８９】
図７Ａ及び図７Ｂは、目標空気流量を実現するための制御ブロック図である。
【００９０】
上述のようにして設定された目標空気流量は、以下のようにして実現される。
図７Ａに示されたひとつの手法では、目標空気流量を指令回転速度に変換する。そしてインバータで電流にし、コンプレッサモータ２３１の回転を制御する。またコンプレッサモータ２３１の回転速度を検出してフィードバックすることで、カソードコンプレッサ２３によって目標空気流量が実現される。
【００９１】
また図７Ｂに示された別の手法では、目標空気流量から指令トルクを設定する。そしてインバータで電流にし、コンプレッサモータ２３１の回転を制御する。カソードコンプレッサ２３からの空気流量を検出してフィードバックすることで、カソードコンプレッサ２３によって目標空気流量が実現される。なおフィードバック制御器は、空気圧力と空気流量とを同時に制御する、２変数フィードバック制御器であってもよい。
【００９２】
図８は、制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイミングチャートである。
【００９３】
燃費重視モードではなく、燃料電池スタック１の発電急増が予測されていない初期段階では、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ４１を繰り返し処理する。このとき、コンプレッサ供給流量は、一定である(図８(Ａ))。また目標発電電力（発電負荷）は、一定である(図８(Ｃ))。この電力を発電するのに必要な空気が燃料電池スタック１に供給され、余剰の空気がバイパス通路２６へ流れるように、バイパス弁２７の開度が調整されている(図８(Ｂ)及び図８(Ｄ))。
【００９４】
時刻ｔ１１でアクセルペダルが踏み戻されるなどして必要な電力が減少して、その減少度合いが所定値よりも大であれば、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ４１→Ｓ４２を処理して、発電急増を予測する。
【００９５】
次サイクル以降、発電急増が指令されるまでは、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８を繰り返し処理する。このとき、必要な電力の減少度合いが大きく(図８(Ｃ))、その発電に必要な空気量の減少度合いも大きい(図８(Ａ)の破線)。そして時刻ｔ１２以降は、燃料電池スタック１の発電量は、とても小さい。この状態では、カソードコンプレッサ２３のタービンは、惰性回転している。コンプレッサモータ２３１は、この回転エネルギーを回生している。これに対して、本実施形態では、コンプレッサモータ２３１によるエネルギー回生量を小さくする。
【００９６】
このようにすれば結果として、カソードコンプレッサ２３からは、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気が供給されることとなる(図８(Ａ)の実線)。これにあわせてバイパス弁２７の開度が大きくされる(図８(Ｄ))。この結果、図８(Ｂ)に示されるように、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも余剰な空気は、バイパス弁２７から逃げる。燃料電池スタック１には、目標発電電力を発電するのに必要な空気だけが供給される。なおコンプレッサ供給流ル用は、時間の経過とともに徐々に低下し(図８(Ａ)の実線)、これにあわせてバイパス弁２７から逃げる空気量も低下する。またバイパス弁２７は、最大開度(全開)には達しない開度で開かれる。
【００９７】
時刻ｔ１３でアクセルペダルが踏み込まれるなどして発電急増が指令されたら、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９を処理する。これによってバイパス弁２７の開度が小さくされる。図８では、全閉とされている。この結果、燃料電池スタック１に供給される空気を迅速に増量できる。このとき、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和されているので、迅速に燃料電池スタック１の発電量を急増できる。したがって、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して、応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【００９８】
このように本実施形態によれば、カソードコンプレッサ２３に遠心式のターボカソードコンプレッサ２３を使用しても、アクセルペダルが踏み込まれるなどして必要な電力が急増したときに、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【００９９】
また発電急増が起こる可能性が高いときにのみカソードコンプレッサ２３からの供給空気量を増量できるので、燃費の悪化を抑制できる。
【０１００】
また発電急増が起こる可能性が高いときにのみ燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和し、それ以外では目標発電電力に対する燃料電池スタック１の応答遅れを考慮して、燃料電池スタック１の出力電流の急増を制限するので、燃料電池スタック１に過剰な負担がかかることを防止できる。
【０１０１】
さらに最大開度(全開)には達しない開度でバイパス弁２７を開くようにした。このようにしたので、バイパス弁２７を通過する空気量をバイパス弁２７の開度のみで制御でき、バイパス弁２７の動作のみで発電急増準備運転を実現できる。
【０１０２】
さらにまた、コンプレッサ供給流量を、時間の経過とともに徐々に低下させるようにした。このようにコンプレッサ供給流量を漸次小さくすることで、違和感なく発電に必要な空気流量（発電要求空気流量）に収束させることができる。なお発電要求空気流量に限らず、アノード系から排出される排ガスを希釈するための流量、空気圧力を維持するために必要な空気流量等に収束させてもよい。
【０１０３】
また燃費重視モードのときには、実行しないようにしたので、燃料電池スタック１の性能に見合った発電が可能である。すなわち加速性能よりも燃費を重視した発電を実現できる。
【０１０４】
なお発電急増準備運転中に発電要求空気流量が大きくなった場合には、発電急増準備運転を中止する。このようにすれば、発電急増準備運転中に発電要求空気流量が大きくなった場合に、発電要求空気流量が実現されることとなり、すみやかに発電に必要な空気が供給される。
【０１０５】
また発電急増準備運転中に供給する空気量は、一定ではなく、発電急増準備運転中であっても、必要に応じて増減すればよい。このようにすることで、負荷に見合った空気を供給することができる。
【０１０６】
さらに車速が高いほど回生エネルギー量を小さくしたり、車速が高いほど最大回生エネルギー量を小さくしたり、車速が所定値よりも大きいときにはエネルギー回生を中止することで、より精緻に制御できる。
【０１０７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、燃料電池スタック１やバッテリ５３の電力供給性能が低下しているときも、カソードコンプレッサ２３が供給する空気を予め増量しておく点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下の各実施形態では上述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【０１０８】
第１実施形態では、カソードガス供給系の応答遅れによる不都合が生じないように、燃料電池スタック１から取り出す電力量を制限し、不足分の電力はバッテリ５３によって補うようにしている。
【０１０９】
ここで前述したように、不足分の電力をバッテリ５３によって補うようにしてもバッテリ５３の電力供給性能が低下している場合があり、不足分の電力を補うことができない場合がある。また、燃料電池スタック１自体の電力供給性能（発電性能）が低下しているときも、バッテリ５３によって不足分の電力を補うことができない場合がある。したがって、目標発電電力が増加したときに、できるだけ応答遅れなく発電に必要なカソードガスが燃料電池スタック１に供給されるようにするのが望ましい。
【０１１０】
そこで本実施形態では、燃料電池スタック１やバッテリ５３の性能の低下が認められない運転状態のときは、目標発電電力に対する燃料電池スタック１の応答遅れを考慮して、燃料電池スタック１の出力電流の急増を制限しておく。そして、何らかの理由によって燃料電池スタック１やバッテリ５３の性能が低下していると判定された場合であって発電急増が予測されるときには、カソードコンプレッサ２３が供給する空気を予め増量しておくとともに、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和する。このような状態にしておけば、アクセルペダルの踏み込みのような発電急増の指令があったときに迅速に燃料電池スタック１の発電量の急増によって燃料電池スタック１やバッテリ５３の性能の低下を補填できるように、準備しておくことができる。
【０１１１】
以下では、このような技術思想を実現する具体的な手法について説明する。
【０１１２】
図９は、コントローラ６が実行する本実施形態による制御フローチャートである。なおコントローラ６は、微小時間(たとえば１０ミリ秒)ごとにこのフローチャートを繰り返し実行する。
【０１１３】
ステップＳ１１においてコントローラ６は、走行モータ５１への電力供給性能の低下が判定されているか否かを判定する。コントローラ６は、電力供給性能の低下が判定されていなければステップＳ３へ処理を移行し、判定されていればステップＳ１３へ処理を移行する。
【０１１４】
ステップＳ１２においてコントローラ６は、走行モータ５１への電力供給性能が低下しているか否かを判定する。具体的には、図１０を参照して説明する。なお図１０は、電力供給性能の低下判定ルーチンのフローチャートである。
【０１１５】
ステップＳ１２１においてコントローラ６は、外気温が所定値よりも小であるか否かを判定する。具体的には、図１１のようなマップを準備しておき、外気温が所定値よりも小、すなわち図１１の横軸で外気温が所定値よりも左であれば、肯を判定する。コントローラ６は、判定結果が肯であればステップＳ１２２へ処理を移行する。コントローラ６は、判定結果が否であればステップＳ１２３へ処理を移行する。
【０１１６】
なお図１１に示されているように、外気温が所定値よりも小のときは、外気温が小であるほど（横軸の左であるほど）、ステップＳ５においてカソードコンプレッサ２３から供給する空気量を増量するとよい。外気温が小であるほど（横軸の左であるほど）、電力供給性能が低下しており、燃料電池スタック１によって大きく補填する必要があると予想されるからである。
【０１１７】
ステップＳ１２２においてコントローラ６は、バッテリ５３の性能低下による電力供給性能の低下を判定する。
【０１１８】
ステップＳ１２３においてコントローラ６は、フィルタ２２の圧力損失が所定値よりも大であるか否かを判定する。この所定値は、予め実験等を通じて設定しておけばよい。またフィルタ２２の圧力損失は、フィルタ２２とカソードコンプレッサ２３との間のカソードガス供給通路２０に圧力センサを設けておき、この圧力センサによって検出すればよい。コントローラ６は、判定結果が肯であればステップＳ１２４へ処理を移行する。コントローラ６は、判定結果が否であれば一旦処理を抜ける。このときは、電力供給性能の低下を予測しない。
【０１１９】
ステップＳ１２４においてコントローラ６は、燃料電池スタック１の性能低下による電力供給性能の低下を判定する。なおこの場合において、燃料電池の性能が低下しているほど、すなわちエアフィルタ２１の圧力損失が大きいほど、ステップＳ５においてコンプレッサ供給流量量を増量するとよい。燃料電池の性能が低下しているほど、電力供給性能が低下しており、大きく補填する必要があると予想されるからである。
【０１２０】
再び図９に戻る。
ステップＳ１３においてコントローラ６は、走行モータ５１へ供給される電力の急増が予測されているか否かを判定する。コントローラ６は、電力の急増が予測されていなければステップＳ４へ処理を移行し、電力の急増が予測されていればステップＳ５へ処理を移行する。なお走行モータ５１へ供給される電力の急増の予測は、後述のステップＳ４で行われる。このフローチャートは、上述の通り、微小時間ごとに繰り返し実行されるので、ステップＳ１４で一旦電力の急増が予測されれば、それ以降は、ステップＳ５に処理が移行される。
【０１２１】
ステップＳ１４においてコントローラ６は、走行モータ５１へ供給される電力の急増が予測されるか否かを判定する。具体的には、図１２を参照して説明する。なお図１２は、電力急増予測判定ルーチンのフローチャートである。
【０１２２】
ステップＳ１４１においてコントローラ６は、走行モータ５１へ供給される電力の減少度合いが所定値よりも大であるか否かを判定する。具体的には、図１３のようなマップを準備しておき、電力の減少度合いが所定値よりも大、すなわち図１３の横軸で電力の減少度合いが所定値よりも左であれば、肯を判定する。コントローラ６は、判定結果が肯であればステップＳ６２へ処理を移行する。コントローラ６は、判定結果が否であれば一旦処理を抜ける。このときは、電力急増を予測しない。なお図１３に示されているように、電力の減少度合いが大であるほど（横軸の左であるほど）、ステップＳ５においてカソードコンプレッサ２３から供給する空気量を増量するとよい。電力の減少度合いが大であるほど（横軸の左であるほど）、その後の電力の急増分も大きくなると予想されるからである。
【０１２３】
ステップＳ１４２においてコントローラ６は、電力の急増を予測する。
【０１２４】
図１４は、制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイミングチャートである。
【０１２５】
初期段階では、電力供給性能の低下も電力急増の予測もされていない。そこで初期段階で燃費重視モードでなければ、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ１１→Ｓ３→Ｓ１２を処理する。これによって、燃料電池スタック１の出力電流の急増が制限される。したがって、燃料電池スタック１に対する過剰な負担が防止される。そしてたとえば外気温が低くバッテリ５３の電力供給性能の低下が判定されれば、コントローラ６は、ステップＳ１２→Ｓ１２１→Ｓ１２２を処理する。このとき、コンプレッサ供給流量は、一定である(図１４(Ａ))。また目標発電電力は、一定である(図１４(Ｃ))。この電力を発電するのに必要な空気が燃料電池スタック１に供給され、余剰の空気は、バイパス弁２７から逃げるように、バイパス弁２７の開度が調整されている(図１４(Ｂ)及び図１４(Ｄ))。
【０１２６】
時刻ｔ１１でアクセルペダルが踏み戻されるなどして必要な電力が減少して、その減少度合いが所定値よりも大であれば、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ１１→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１４１→Ｓ１４２を処理して、電力急増を予測する。
【０１２７】
次サイクル以降、実際に電力が急増するまでは、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ１１→Ｓ１３→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８を繰り返し処理する。このとき、必要な電力の減少度合いが大きく(図１４(Ｃ))、その発電に必要な空気量の減少度合いも大きい(図１４(Ａ)の破線)。そして時刻ｔ１２以降は、燃料電池スタック１の発電量は、とても小さい。この状態では、カソードコンプレッサ２３のタービンは、惰性回転している。その回転エネルギーをコンプレッサモータ２３１で回生する。これに対して、本実施形態では、コンプレッサモータ２３１によるエネルギー回生量を小さくする。このようにすれば結果として、カソードコンプレッサ２３からは、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気が供給されることとなる(図１４(Ａ)の実線)。それにあわせてバイパス弁２７が開かれる(図１４(Ｄ))。この結果、図１４(Ｂ)に示されるように、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも余剰な空気は、バイパス弁２７から逃げる。燃料電池スタック１には、目標発電電力を発電するのに必要な空気だけ供給される。なおカソードコンプレッサ２３が供給する空気量は、時間の経過とともに徐々に低下し(図１４(Ａ)の実線)、これにあわせてバイパス弁２７から逃げる空気量も低下する。またバイパス弁２７は、最大開度(全開)には達しない開度で開かれる。
【０１２８】
時刻ｔ１３でアクセルペダルが踏み込まれるなどして必要な電力が急増したら、コントローラ６は、ステップＳ１→Ｓ１１→Ｓ１３→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９を処理する。これによってバイパス弁２７の開度が小さくされる。図１４では、全閉されている。この結果、燃料電池スタック１に供給される空気を迅速に増量できる。このとき、燃料電池スタック１の出力電流の急増に対する制限を緩和されているので、迅速に燃料電池スタック１の発電量を急増できる。したがって、バッテリ５３の性能低下を、燃料電池スタック１の発電で補填でき、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して、応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できるのである。
【０１２９】
このように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、何らかの理由によって燃料電池スタック１やバッテリ５３の電力供給性能が低下しているときに、アクセルペダルが踏み込まれるなどして必要な電力が急増しても、その電力供給性能低下を補填できる。したがって、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して、応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【０１３０】
（第３実施形態）
図１５は、第３実施形態に使用する、アクセルペダルの操作量（アクセル操作量）とカソードコンプレッサ２３の供給空気量（コンプレッサ供給流量）との相関を、車速ごとに示す図である。
【０１３１】
第１実施形態では、図６に示されるように、アクセル操作量が一定であれば、車速が高いほどカソードコンプレッサ２３の供給空気量を大にした。換言すれば、アクセル操作量が一定であれば、車速が低いほどカソードコンプレッサ２３の供給空気量を小にした。
【０１３２】
また、車速が一定であれば、アクセルペダルの操作量が小さいほどカソードコンプレッサ２３の供給空気量を大にした。換言すれば、車速が一定であれば、アクセルペダルの操作量が大きいほどカソードコンプレッサ２３の供給空気量を小にした。
【０１３３】
これに対して、第３実施形態では、車速が一定であれば、アクセルペダルの操作量が大きいほどカソードコンプレッサ２３の供給空気量を小にするが、アクセルペダルの操作量がある程度よりも大きいときには、カソードコンプレッサ２３の供給空気量を一定にする。
【０１３４】
このようにすれば、カソードコンプレッサ２３の供給空気量が小さくなりすぎることを防止できるのである。
【０１３５】
（第４実施形態）
図１６は、第４実施形態に使用するブレーキペダル操作量とカソードコンプレッサ２３の供給空気量との相関図である。
【０１３６】
第４実施形態では、ブレーキペダル操作量が大きくなるにつれて、カソードコンプレッサ２３の供給空気量を小さくする。ブレーキペダルの操作量が大きければ、再加速することなく、停止する可能性が高い。そこでこのように、ブレーキペダルの操作量を考慮してカソードコンプレッサ２３の供給空気量を設定してもよい。
【０１３７】
（第５実施形態）
図１７は、第５実施形態について説明する制御ブロック図である。
【０１３８】
第１実施形態では、カソードコンプレッサ２３の供給空気量を、車速に応じて、さらにはアクセル操作量を考慮して設定した。これに対して、この第５実施形態では、さらにバッテリ５３の充電率をも考慮して設定する。以下では、具体的な手法を説明する。
【０１３９】
発電電力演算部は、アクセル操作量並びに車速及びバッテリ充電率に基づいて目標発電電力を演算する。具体的には、アクセル操作量及び車速を図１８Ａに適用して目標発電電力を演算する。なお図１８Ａを見て判るように、車速が一定であれば、アクセル操作量が大きいほど目標発電電力も大きくなる。アクセル操作量が一定であれば、車速が大きいほど目標発電電力も大きくなる。
【０１４０】
またアクセル操作量及びバッテリ充電率を図１８Ｂに適用して目標発電電力を演算する。なお図１８Ｂを見て判るように、バッテリ充電率が一定であれば、アクセル操作量が大きいほど目標発電電力も大きくなる。アクセル操作量が一定であれば、バッテリ充電率が小さいほど目標発電電力が大きくなる。
【０１４１】
これら２つの目標発電電力を考慮して(たとえばこれら２つの目標発電電力を足し合わせることで)、目標発電電力を演算する。
目標空気流量演算部は、発電電力演算部で演算された目標発電電力に基づいて目標空気流量を演算する。
【０１４２】
バッテリ充電率が高ければ、カソードコンプレッサ２３タービンの惰性回転エネルギーを回生しようとしても、回生しきれない。そこでこのような事態を防止するために、バッテリ充電率をも考慮して目標空気量を設定するのである。
【０１４３】
なお図１９に示されるように、目標空気流量演算部で演算された目標空気流量を負荷減少時の変化率で制限してもよい。
【０１４４】
（第６実施形態）
図２０は、第６実施形態の制御について、作動タイミングを示すタイミングチャートに沿って説明する図である。
【０１４５】
第１実施形態では、燃料電池スタック１の発電急増が予測されるときには、コンプレッサモータ２３１によるエネルギー回生量を小さくした。このようにすることで、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気が供給されるようになった。
【０１４６】
これに対して、第６実施形態では、燃料電池スタック１の発電急増が予測されるときには、コンプレッサモータ２３１の出力を上げることで、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気を供給する（図２０（Ａ）の時刻ｔ４１）。
【０１４７】
そして、過剰な空気が供給されているにもかかわらず、燃料電池スタック１に供給される空気は、一定に維持されるように（図２０（Ｂ））、バイパス弁２７の開度が調整されている（図２０（Ｂ））。この結果、一定の発電が維持される（図２０（Ｃ））。
【０１４８】
このようにしても、ドライバのアクセルペダル操作に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できるのである。
【０１４９】
（第７実施形態）
図２１は、第７実施形態の制御について、作動タイミングを示すタイミングチャートに沿って説明する図である。
【０１５０】
この第７実施形態では、燃料電池スタック１の電解質膜の高湿潤状態を解消する。なお、高湿潤状態とは、電解質膜の湿潤度（含水率）が、発電に適した湿潤度よりも高い状態、すなわち電解質膜が必要以上に湿っている状態をいう。
【０１５１】
この第７実施形態でも、第６実施形態と同様に、燃料電池スタック１の発電急増が予測されるときには、コンプレッサモータ２３１の出力を上げることで、目標発電電力を発電するのに必要な空気よりも過剰な空気を供給する（図２１（Ａ）の時刻ｔ５１）。ただし、第６実施形態に比較して、バイパス弁２７を流れる空気量は少なく（図２１（Ｂ）の実線）、燃料電池スタック１に供給される空気量は多い（図２１（Ａ）の破線）。なお燃料電池スタック１に供給される空気量が多くても、走行モータ５１などの要求電力が低ければ、燃料電池スタック１は、その要求電力を越えては発電せず、一定の発電が維持される（図２１（Ｃ））。
【０１５２】
この第７実施形態では、燃料電池スタック１に多めの空気を供給することで、燃料電池スタック１の電解質膜の高湿潤状態が解消される（図２１（Ｄ））。またこの第６実施形態では、さらに時刻ｔ５２から冷却水の温度を上昇させるとともに（図２１（Ｅ））、燃料電池スタック１に供給する空気量は減少させる（図２１（Ｂ））。
【０１５３】
このようにすることで、燃料電池スタック１が不必要に湿潤状態や乾燥状態となることを防止できる。したがって燃料電池スタック１の状態を変化させることなく負荷急増時に備えることができ、負荷急増時にはすみやかに発電電力を増やすことができる。
また湿潤状態を解消することでフラッディング現象を回避でき、発電不良が生じにくくなる。また、負荷急増に備えて供給している空気流量を燃料電池スタック１内部を乾燥させるために使うことができ燃費が改善する。
【０１５４】
（第８実施形態）
図２２は、第８実施形態に使用する目標発電電力と目標空気量との相関図である。
【０１５５】
この第８実施形態では、シフトレバーが停車レンジ(Ｐレンジ)から、走行レンジ(Ｄレンジ、１レンジ、２レンジなど)に操作されたときに、発電急増を予測する。そして、図１６の関係から、目標空気量を設定する。図２２に示されているように、Ｐ→Ｄレンジに変わったときはストイキ比を大きくし、空気流量を増やす。なおストイキ比は切り替えるレンジによって変更してもよい。負荷急増が大きくなる可能性があるＤレンジへの変更時は空気流量が多く供給されるようにし、Ｒレンジや１，２レンジ等の負荷急増確率が小さい場合は空気流量の増量を少なくしてもよい。このようにしても、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【０１５６】
なおこの第８実施形態に類似する形態として、シフトレバーが固定レンジ(１レンジ、２レンジなど)から、走行レンジ(Ｄレンジ)に操作されたときに、発電急増を予測してもよい。
【０１５７】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について説明する。
【０１５８】
図２３は、本実施形態による燃料電池システム１００の概略図である。本実施形態による燃料電池システム１００は、アノードポンプ３４を備えず、バイパス通路２６の接続部とＷＲＤ２４との間のカソードガス供給通路２０に第２エアフローセンサ６１を備える。
【０１５９】
第２エアフローセンサ６１は、カソードコンプレッサ２３から吐出されたカソードガスのうち、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの流量（以下「スタック供給流量」という。）を検出する。スタック供給流量は、コンプレッサ供給流量からバイパス流量を引いた流量となる。以下では、この第２エアフローセンサ６１の検出値を必要に応じて「検出スタック供給流量」という。
【０１６０】
また本実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ６は、スタック要求及び希釈要求を同時に満足するように、カソードコンプレッサ２３及びバイパス弁２７をフィードバック制御する。ここでいうスタック要求は、目標発電電力を発電するにあたって、酸素分圧の確保や電解質膜の湿潤状態等を考慮し、最適な状態で燃料電池スタック１を発電させるという要求である。希釈要求は、燃料電池システム１００の外部に排出される排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下にするという要求である。
【０１６１】
つまりコントローラ６は、スタック要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「スタック要求コンプレッサ供給流量」という。）、及び、希釈要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「希釈要求コンプレッサ供給流量」という。）のうち、大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定し、検出コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御する。
【０１６２】
そして、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、スタック要求コンプレッサ供給流量以上のカソードガスをカソードコンプレッサ２４によって供給しなければならなくなる。そのため、発電に不要な余剰なカソードガスが燃料電池スタック１に供給されることになる。
【０１６３】
そこでコントローラ６は、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、発電に不要な余剰なカソードガスがバイパス通路２８へ流れるようにバイパス弁２９を制御する。具体的には、コントローラ６は、検出スタック供給流量が、スタック要求を満足させるために必要なスタック供給流量（以下「目標スタック供給流量」という。）となるようにバイパス弁２９を制御する。
【０１６４】
このように、本実施形態では、カソードコンプレッサ２４の制御に第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）を使用し、バイパス弁２９の制御に第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）を使用する。
図２４は、本実施形態によるカソードコンプレッサ２３及びバイパス弁２７の制御ブロック図である。
【０１６５】
発電要求スタック供給流量算出部１０１には、目標出力電流が入力される。発電要求スタック供給流量算出部１０１は、目標出力電流に基づいて、発電要求スタック供給流量を算出する。この発電要求スタック供給流量は、燃料電池スタック１から目標出力電流を取り出したときに、各燃料電池のカソード内において電極反応に必要な酸素分圧を確保するために必要なスタック供給流量の目標値である。発電要求スタック供給流量は、目標出力電流が小さいときと比べて、大きいときのほうが多くなる。
【０１６６】
湿潤要求スタック供給流量算出部１０２には、例えば交流インピーダンス法によって算出された燃料電池スタック１のインピーダンス（ＨＦＲ）と、燃料電池スタック１の目標出力電流に応じて算出される目標インピーダンスと、が入力される。燃料電池スタック１のインピーダンスは、電解質膜の湿潤度と相関関係にあり、インピーダンスが小さいときほど電解質膜の湿潤度（含水率）が高い状態となる。湿潤要求スタック供給流量算出部１０２は、インピーダンスと目標インピーダンスとの偏差に基づいて、インピーダンスを目標インピーダンスにするためのスタック供給流量の目標値を、湿潤要求スタック供給流量として算出する。この湿潤要求スタック供給流量は、換言すれば、電解質膜の湿潤度（含水率）を、燃料電池スタック１の目標出力電流に応じた最適な湿潤度に制御するために必要なスタック供給流量である。
【０１６７】
目標スタック供給流量設定部１０３には、発電要求スタック供給流量と、湿潤要求スタック供給流量と、が入力される。目標スタック供給流量設定部１０３は、これらの２つのうち、大きい方を目標スタック供給流量として設定する。
【０１６８】
スタック要求コンプレッサ供給流量算出部１０４には、検出スタック供給流量及び目標スタック供給流量が入力される。スタック要求コンプレッサ供給流量算出部１０４は、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量との偏差に基づいて、検出スタック供給流量を目標スタック供給流量にするためのコンプレッサ供給流量の目標値を、スタック要求コンプレッサ供給流量として算出する。このスタック要求コンプレッサ供給流量は、発電要求や湿潤要求などの燃料電池スタック１の要求を満たすために必要なコンプレッサ供給流量である。
【０１６９】
目標コンプレッサ供給流量設定部１０５には、スタック要求コンプレッサ供給流量と、燃料電池スタック１の目標出力電流に応じて算出される希釈要求コンプレッサ供給流量と、が入力される。目標コンプレッサ供給流量設定部１０５は、これら２つの入力値のうち、大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定する。
【０１７０】
なお、希釈要求コンプレッサ供給流量は、燃料電池スタック１の要求ではなく、排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下にするという燃料電池システム１００の要求を満たすために必要なコンプレッサ供給流量である。希釈要求コンプレッサ供給流量は、目標出力電流が小さいときと比べて、大きいときのほうが多くなる。
【０１７１】
発電急増予測判定部１０６には、目標出力電流が入力される。発電急増予測判定部１０６は、目標出力電流の減少量に基づいて、発電急増準備運転中かを判定し、発電急増準備運転中であれば発電急増予測指令を出力する。具体的には、目標出力電流の減少量が所定値以上となり、発電急増準備運転中と判定されたときは発電急増予測指令を出力する。一方で、発電急増準備運転中でなければ発電急増予測指令を出力しない。
【０１７２】
バイパス弁制御部１０７には、検出スタック供給流量と、目標スタック供給流量と、が入力される。バイパス弁制御部１０７は、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量との偏差がゼロとなるように、バイパス弁２７の開度を制御する。
【０１７３】
カソードコンプレッサ制御部１０８には、検出コンプレッサ供給流量と、目標コンプレッサ供給流量と、発電急増予測指令と、が入力される。カソードコンプレッサ制御部１０８１０９は、検出コンプレッサ供給流量と目標コンプレッサ供給流量との偏差がゼロとなるようにカソードコンプレッサ２３を制御する。
【０１７４】
このとき、発電急増予測指令が出力されている場合は、カソードコンプレッサ制御部１０８は以下のようにカソードコンプレッサ２３を制御する。
【０１７５】
発電急増予測指令が出力されているときは、目標出力電流が所定値以上低下しているときなので、それに応じて発電要求スタック供給流量算出部１０１で算出される発電要求スタック要求流量も低下している。そして、目標スタック供給流量設定部１０３において、発電要求スタック供給流量の低下後もその発電要求スタック供給流量が目標スタック供給流量として選択されていれば、スタック要求コンプレッサ供給流量も低下する。
【０１７６】
さらに、目標コンプレッサ供給流量設定部１０５において、スタック要求コンプレッサ供給流量の低下後もそのスタック要求コンプレッサ供給流量が希釈要求コンプレッサ供給流量よりも大きければ、スタック要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定される。
【０１７７】
このようにして、目標出力電流が低下したことによって、目標コンプレッサ供給流量が低下する。
【０１７８】
このとき、発電急増予測指令が出力されていなければ、カソードコンプレッサ制御部１０８は、コンプレッサモータ２３１の回生電力を制御することで、検出コンプレッサ供給流量を素早く目標コンプレッサ供給流量まで低下させる。
【０１７９】
これに対し、発電急増予測指令が出力されていれば、カソードコンプレッサ制御部１０８は、出力されていないときと比較してコンプレッサモータ２３１の回生電力を小さくするか、又はゼロとして、コンプレッサ供給流量を緩やかに目標コンプレッサ供給流量まで低下させる。これにより、発電急増予測指令が出力された後の発電急増準備運転中において、コンプレッサ供給流量を発電要求スタック供給流量（発電に必要な空気流量）よりも多くすることができる。
【０１８０】
また、コンプレッサ供給流量を発電要求スタック供給流量よりも多くしても、バイパス弁制御部１０７において、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量（ここでは発電要求スタック供給流量）との偏差がゼロとなるように、バイパス弁２７の開度が制御される。そのため、燃料電池スタック１に発電に不要なカソードガスをバイパス通路２６に流し、発電に必要なカソードガスを精度良く燃料電池スタック１に供給することができる。
【０１８１】
そして、発電が急増した場合（発電急増の指令が出た場合）には、目標発電電力の増加に応じて目標スタック供給流量が増加するので、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量となるように素早くバイパス弁２７が閉じられる。そのため、発電に必要なカソードガスを素早く燃料電池スタック１に供給することができる。
【０１８２】
以上説明した本実施形態による燃料電池システム１００は、第１実施形態と同様に、要求発電量に応じて燃料電池スタック１に空気を供給し、発電の急増が予測されるか否かを判定し、発電の急増が予測されると判定されたときは、要求発電量に応じた空気流量（発電要求コンプレッサ供給流量）よりも空気量が増加するようにカソードコンプレッサ２３を制御する。
【０１８３】
そのため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、発電の急増が予測されているときには、要求発電量に応じた空気流量よりも過剰な空気を供給することとしたので、発電が急増したとしてもカソードガス供給系の応答遅れによる不都合を解消することができる。
【０１８４】
また、本実施形態では、湿潤要求スタック供給流量が目標スタック供給流量として選択されているときや、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として選択されているときは、そもそも要求発電量に応じた空気流量（発電要求コンプレッサ供給流量）よりも過剰な空気が供給されるようにカソードコンプレッサ２３が制御されている。そのため、発電急増に対応できると共に、湿潤要求や希釈要求も守ることができる。
【０１８５】
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態について説明する。本実施形態による燃料電池システム１００の構成は第９実施形態と同じであり、カソードコンプレッサ２３及びバイパス弁２７の制御ブロック図が第９実施形態と相違する。
【０１８６】
図２５は、本実施形態によるカソードコンプレッサ２３及びバイパス弁２７の制御ブロック図である。
【０１８７】
本実施形態では、制御ブロックとして、補正値算出部１１１と、発電急増用スタック供給流量算出部１１２と、発電急増用コンプレッサ供給流量算出部１１３と、がさらに追加される。
【０１８８】
補正値算出部１１１は、発電急増準備運転中の増量補正値を算出する。具体的には、第１実施形態と同様に、発電負荷（目標出力電流）の減少度合いに応じて算出しても良いし、さらに車速やアクセル操作量を考慮して算出しても良い。
【０１８９】
発電急増用スタック供給流量算出部１１２は、発電要求スタック供給流量に補正値を加算したものを発電急増用スタック供給流量として算出する。発電急増用スタック供給流量は、発電急増準備運転中に目標発電電力が急増したときに、急増した目標発電電力に応じた発電スタック供給流量をできるだけ応答遅れなく供給するためのカソードガス流量である。
【０１９０】
発電急増用コンプレッサ供給流量算出部１１３には、検出スタック供給流量及び発電急増用スタック供給流量が入力される。発電急増用コンプレッサ供給流量算出部１１３は、検出スタック供給流量と発電急増用スタック供給流量との偏差に基づいて、検出スタック供給流量を発電急増用スタック供給流量にするためのコンプレッサ供給流量の目標値を、発電急増用コンプレッサ供給流量として算出する。
【０１９１】
発電急増予測判定部１０６には、目標出力電流と発電急増用コンプレッサ供給流量とが入力される。発電急増予測判定部１０６は、目標出力電流の減少量に基づいて発電急増準備運転中かを判定し、発電急増準備運転中であれば発電急増用コンプレッサ供給流量を出力する。一方で、発電急増準備運転中でなければ、少なくともスタック要求コンプレッサ供給流量以下の値、例えばゼロを出力する。
【０１９２】
これにより、発電急増準備運転中であれば、目標コンプレッサ供給流量設定部において、基本的に発電急増用コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定される。そのため、カソードコンプレッサ制御部１０８において、検出コンプレッサ供給流量が発電急増用コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２３が制御されることになる。
【０１９３】
このようにしても、発電の急増が予測されると判定されたときは、要求発電量に応じた空気流量（発電要求コンプレッサ供給流量）よりも空気量が増加するようにカソードコンプレッサ２３を制御することができる。このとき、特に本実施形態によれば、コンプレッサ供給流量を、発電の急増に対応した適切なコンプレッサ供給流量（発電急増用コンプレッサ供給流量）に制御することができる。
【０１９４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記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実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１９５】
たとえば、上記の第２実施形態では、燃料電池スタック１やバッテリ５３の性能が低下していると判定された場合であって発電急増が予測されるときに、カソードコンプレッサ２３が供給する空気を予め増量しておくようにしていた。しかしながら、燃料電池スタック１やバッテリ５３の性能が低下していると判定された場合、又は、発電急増が予測される場合に、それぞれカソードコンプレッサ２３が供給する空気を予め増量しておくようにしても良い。
【０１９６】
たとえば、上記各実施形態では、カソードコンプレッサ２３として、遠心式のターボカソードコンプレッサ２３を例示した。遠心式のターボカソードコンプレッサ２３は、コンプレッサモータ２３１の回転が上昇してから、実際に空気流量が増えるまでのタイムラグが大きい。またサージを生じる運転領域が広い。そのため、上記実施形態のようにすることが、特に好適であるが、他のカソードコンプレッサ２３に適用してもよい。
【０１９７】
また、燃料電池スタック１の発電の急減があったときに、今後、燃料電池スタック１の発電が急増することを予測してもよい。また、走行モータ５１に供給される電力の急減があったときに、今後、燃料電池スタック１の発電が急増することを予測してもよい。またブレーキペダルの踏み込み量が減ったとき、たとえばブレーキペダルの踏み込みが解除されたときに、今後、燃料電池スタック１の発電が急増することを予測してもよい。さらにパーキングブレーキが解除されたときに、今後、燃料電池スタック１の発電が急増することを予測してもよい。さらにまたカーナビゲーションシステムによって登坂走行が予測されるときに、燃料電池スタック１の発電の急増を予測してもよい。また車両の減速加速度又は横加速度が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタック１の発電の急増を予測してもよい。これらのようにしても、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【０１９８】
また、燃料電池スタック１の発電急増が予測されるときには、コンプレッサモータ２３１によるエネルギー回生量を小さくする場合において、回生量が最大になったときには、バイパス弁２７を通過する空気量をさらに増やしてもよい。回生量が最大となっても、燃料電池スタック１にさらなる空気を流しては、燃料電池スタック１の湿潤状態が低下してしまう。バイパス弁２７に空気を逃がすことで、燃料電池スタック１の湿潤状態を変化させることなく負荷急増準備運転を実現することができるのである。
【０１９９】
さらに燃料電池スタック１の発電急増が予測されるときに、実際に発電量を上昇させてしまうとともに、補機(エアーコンディショナー、冷却水ポンプ、ラジエーターファン、バッテリ冷却ファンなど)で電力を消費しておき、発電急増が指令されたら、補機による電力消費を中止してもよい。
【０２００】
また上記実施形態では、バッテリ５３の性能低下を外気温に基づいて判定したが、バッテリ５３の温度やバッテリ充電率に基づいて判定してもよい。また零下起動するときや、零下起動後の暖機運転中に、バッテリ５３の性能低下を判定してもよい。またバッテリ５３の充放電回数が所定値よりも大きいときや、バッテリ５３の充電電力量が所定値よりも大きいとき、バッテリ５３の放電電力量が所定値よりも大きいときに、バッテリ５３の性能低下を判定してもよい。さらにバッテリ５３の使用開始からの経過時間が所定値よりも大きいときや、バッテリ５３の使用開始からの経過時間が所定値よりも大きいときに、バッテリ５３の性能低下を判定してもよい。さらにまた、バッテリ５３を構成する複数のセルの電圧のばらつきが所定値よりも大きいときや、バッテリ５３を構成する複数のセルにおける最大電圧と最小電圧との偏差が所定値よりも大きいときに、バッテリ５３の性能低下を判定してもよい。これらのようにしても、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【０２０１】
また上記実施形態では、燃料電池スタック１の性能低下をエアフィルタの圧力損失に基づいて判定したが、外気の密度に基づいて判定してもよい。すなわち外気の密度が所定値よりも小さいときに燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。なお外気の密度は、大気圧や外気の温度に基づいて判定すればよい。また燃料電池スタック１を構成する各セルの電圧が所定値よりも小さいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。所定電流に対する電圧が所定値よりも小さいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。燃料電池スタック１の発電電力の積算量が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。燃料電池スタック１の起動回数が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。アイドルストップの回数が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。走行距離が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタック１の性能低下を判定してもよい。これらのようにしても、ドライバのアクセルペダル操作(発電急増指令)に対して応答性よく、走行モータ５１の出力を上昇できる。
【０２０２】
さらにまた上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【０２０３】
本願は、２０１２年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８７９２０号、及び、２０１２年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８７５０３号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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