(57)【要約】この燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００が搭載される燃料電池車両の運転室内における騒音の大きさを検知する騒音検知手段と、補機の動作を制御する制御装置７００とを備えており、制制御装置７００は、燃料電池１の発電電圧が所定値以下となるように補機が消費する電力を増加させる高電位回避制御を、騒音検知手段で検知された騒音の大きさに基づいて行う。
2013076785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料ガスと空気との供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の発電電圧を検知する電圧検知手段と、
前記燃料電池が発電した電力の一部によって動作する補機と、
前記補機の動作を制御する制御手段と、
燃料電池車両の運転室内における騒音の大きさを検知する騒音検知手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記発電電圧が所定値以下となるように前記補機が消費する電力を増加させる高電位回避制御を行うものであって、
前記高電位回避制御を、前記騒音検知手段で検知された騒音の大きさに基づいて行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記高電位回避制御を行う際において、前記騒音検知手段で検知された騒音が小さいほど、前記補機が消費する電力の増加を抑制することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池車両は、車両速度を検知する速度検知手段を更に備え、
前記騒音検知手段は、前記速度検知手段が検知した車両速度に基づいて、運転室内における騒音の大きさを検知することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記発電電圧を前記所定値以下とするために、前記補機において消費する必要のある電力である要求消費電力を算出し、
実際に補機が消費する電力である実消費電力が前記要求消費電力以上となるように前記補機の動作を制御することで、前記高電位回避制御を行うものであることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記補機は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給手段を有しており、
前記制御手段は、前記燃料供給手段による燃料ガスの供給量を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記補機は、冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却する冷却手段を有しており、
前記制御手段は、前記冷却手段による冷媒の循環速度を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記補機は、前記燃料電池に空気を供給するための空気供給手段を有しており、
前記制御手段は、前記空気供給手段による空気の供給量を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記空気供給手段から供給された空気の一部を、前記燃料電池を経由せずに外部に排出する経路であるバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる空気の量を調整するためのバイパス調整手段と、を備え、
前記制御手段は、前記空気供給手段による空気の供給量を増加させることによって前記高電位回避制御を行う場合には、前記燃料電池に到達する空気の流量が変化しないように前記バイパス調整手段を制御することを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記補機は、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、
冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却する冷却手段と、を有しており、
前記制御手段は、
前記燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させたにも関わらず、前記実消費電力が前記要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、前記冷却手段による冷媒の循環速度を増加させることにより前記高電位回避制御を行うことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記補機は、前記燃料電池に空気を供給するための空気供給手段を更に有しており、
前記制御手段は、前記冷却手段による前記冷媒の循環速度を増加させたにも関わらず、前記実消費電力が前記要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、前記空気供給手段による空気の供給量を増加させることにより前記高電位回避制御を行うことを特徴とする、請求項９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、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、将来の石油枯渇や地球温暖化に対する対策として、燃料電池システムから供給される電力によって走行する燃料電池車両の開発が進められている。このような燃料電池車両に搭載される燃料電池システムは、メンテナンスを行うことなく、できるだけ長期間に渡って発電性能を維持することが求められる。【０００３】
燃料電池システムの発電性能が劣化する要因は様々であるが、その一つとして、燃料電池セルの燃料極において触媒が溶出してしまうという現象が知られている。これは、燃料電池セルが高電圧となった状態のまま時間が経過すると、燃料電池セルの燃料極に担持されている白金触媒の一部が溶けてしまい、燃料極の触媒として機能しなくなるというものである。触媒が溶出すると、燃料電池セルのＩ−Ｖ特性が低下するため、発電可能な電力の最大値が低下してしまう。【０００４】
上記のような触媒の溶出は、燃料電池セルの発電電圧が高いほど、また、発電電圧が高い状態が継続する時間が長いほど、発生する可能性が高くなることが知られている。このため、下記特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、補機の消費電力を一時的に増加させることによって燃料電池セルの電圧を低下させ、予め設定された電圧の上限値を超えないようにする高電位回避制御を行っている。このような高電位回避制御を行うことにより、燃料電池セルの電圧を上限値以下に維持することで触媒の溶出を防止し、燃料電池システムの長寿命化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４９８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
補機の消費電力を一時的に増加させる具体的な方法は、燃料供給のために搭載されたポンプの回転数を増加させることや、燃料電池を冷却するために冷媒を循環させるポンプの回転数を増加させること等である。このため、上記特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、補機の消費電力を一時的に増加させることによって高電位回避制御を行う際、補機の動作音によって運転室内の騒音が大きくなり、車両の快適性が損なわれるという問題が生じていた。【０００７】
更に、燃料電池セルの電圧上昇は、例えば車両の降坂時や、車両の停止中等の、燃料電池が発電した電力が余剰となるような状況において生じやすい。このような状況で高電位回避制御が行わると、例えばアクセルの踏みこみ等の操作を行っていないにも関わらず突然補機の動作音が大きくなる現象等により、運転者に対して違和感を与えてしまうという問題も生じていた。【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池車両の運転室内において運転者が感知する騒音を増加させることなく、燃料電池セルの燃料極において触媒が溶出する現象を抑制する燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料ガスと空気との供給を受けて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電電圧を検知する電圧検知手段と、前記燃料電池が発電した電力の一部によって動作する補機と、前記補機の動作を制御する制御手段と、燃料電池車両の運転室内における騒音の大きさを検知する騒音検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記発電電圧が所定値以下となるように前記補機が消費する電力を増加させる高電位回避制御を行うものであって、前記高電位回避制御を、前記騒音検知手段で検知された騒音の大きさに基づいて行うことを特徴としている。【００１０】
運転室における騒音が小さい状態において補機の動作音が増加すると、運転者は騒音が増加したことを感知しやすい。一方、運転室における騒音が大きい状態において補機の動作音が増加しても、運転者は騒音が増加したことを感知しにくい。【００１１】
本発明によれば、燃料電池車両の運転室内における騒音の大きさを検知する騒音検知手段を備えており、発電電圧が所定値以下となるように補機が消費する電力を増加させる高電位回避制御を、騒音検知手段で検知された騒音の大きさに基づいて行う。すなわち、モーターの動作音等、音の発生を伴う高電位回避制御を、検知された騒音の大きさに基づいて行う。【００１２】
このため、例えば運転室における騒音が大きい状況でのみ高電位回避制御を行うことや、運転室における騒音が小さい状況では音の発生を抑制しながら高電位回避制御を行うこと等により、運転者が感知する騒音の増加を防止しながら、燃料電池セルの燃料極において触媒が溶出する現象を抑制することができる。【００１３】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記高電位回避制御を行う際において、前記騒音検知手段で検知された騒音が小さいほど、前記補機が消費する電力の増加を抑制することも好ましい。【００１４】
この好ましい態様では、騒音検知手段で検知された騒音が小さいほど、補機が消費する電力の増加、すなわち、補機の動作音の増加を抑制して高電位回避制御が行われる。このため、補機の動作音の増加を運転者が感知することのない範囲において、燃料電池セルの電圧の上昇を可能な限り抑制するような高電位回避制御を行うことが可能となる。【００１５】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料電池車両は、車両速度を検知する速度検知手段を更に備え、前記騒音検知手段は、前記速度検知手段が検知した車両速度に基づいて、運転室内における騒音の大きさを検知することも好ましい。【００１６】
この好ましい態様では、速度検知手段が検知した車両速度に基づいて、運転室内における騒音の大きさを検知する。車両速度を検知する速度検知手段は、車両には一般的に搭載されているものである。このため、運転室における騒音の大きさを直接検知するようなセンサを別途設けることなく、既に存在する速度検知手段を用いることにより、騒音の大きさに基づいた高電位回避制御を行うことが可能となる。【００１７】
尚、車両速度に基づいて運転室内における騒音の大きさを検知する方法としては、例えば、車両速度と騒音との対応関係を予め実験により求めておき、速度検知手段が検知した車両速度に対応した騒音を、当該対応関係に基づいて推定することによって検知することができる。【００１８】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記発電電圧を前記所定値以下とするために、前記補機において消費する必要のある電力である要求消費電力を算出し、実際に補機が消費する電力である実消費電力が前記要求消費電力以上となるように前記補機の動作を制御することで、前記高電位回避制御を行うものであることも好ましい。【００１９】
この好ましい態様では、制御手段は、発電電圧を所定値以下とするために、補機において消費する必要のある電力である要求消費電力を算出する。すなわち、要求消費電力とは、発電電圧を所定値以下とするために、補機において最低限消費する必要のある電力ということができる。実際に補機が消費する電力である実消費電力が当該要求消費電力以上となるように、例えばフィードバック制御によって補機の動作（補機の消費電力）を制御することで、高電位回避制御を正確に行うことが可能となる。【００２０】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記補機は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給手段を有しており、前記制御手段は、前記燃料供給手段による燃料ガスの供給量を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことも好ましい。【００２１】
この好ましい態様では、燃料供給手段による燃料ガスの供給量を必要に応じて増加させることにより、高電位回避制御を行う。これにより、例えば燃料供給手段を構成するポンプの回転数を増加させることによって補機の消費電力を増加させ、燃料電池セルの電圧を低下させることができる。【００２２】
尚、燃料ガスの供給量を増加させても、燃料電池セルの固体高分子膜が乾燥するというような問題は生じない。むしろ、空気極側から燃料極側に到達した逆拡散水を燃料ガスの下流側へ搬送し、固体高分子膜全体の含水量が均一化されるという効果を奏する。このため、燃料電池の発電性能に悪影響を及ぼすことなく、補機の消費電力を増加させることができる。【００２３】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記補機は、冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却する冷却手段を有しており、前記制御手段は、前記冷却手段による冷媒の循環速度を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことも好ましい。【００２４】
この好ましい態様では、冷却手段による冷媒の循環速度を必要に応じて増加させることにより、高電位回避制御を行う。これにより、例えば冷却手段を構成するポンプの回転数を増加させることによって補機の消費電力を増加させ、燃料電池セルの電圧を低下させることができる。【００２５】
また、冷媒の循環速度が増加すると、燃料電池がより冷却されるため、燃料電池の温度が下がることとなる。その結果、燃料電池のＩ−Ｖ性能が低下することによって、燃料電池セルの電圧が更に低下する。従って、燃料極における触媒の溶出を更に抑制することができる。【００２６】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記補機は、前記燃料電池に空気を供給するための空気供給手段を有しており、前記制御手段は、前記空気供給手段による空気の供給量を必要に応じて増加させることにより、前記高電位回避制御を行うことも好ましい。【００２７】
この好ましい態様では、空気供給手段による空気の供給量を必要に応じて増加させることにより、高電位回避制御を行う。これにより、例えば空気供給手段を構成するポンプの回転数を増加させることによって補機の消費電力を増加させ、燃料電池セルの電圧を低下させることができる。燃料電池に供給される空気の流量は増加するが、空気は外気から導入したものであるため、その消費コストを上昇させることなく流量を増加させることができる。【００２８】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記空気供給手段から供給された空気の一部を、前記燃料電池を経由せずに外部に排出する経路であるバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる空気の量を調整するためのバイパス調整手段と、を備え、前記制御手段は、前記空気供給手段による空気の供給量を増加させることによって前記高電位回避制御を行う場合には、前記燃料電池に到達する空気の流量が変化しないように前記バイパス調整手段を制御することも好ましい。【００２９】
燃料電池に供給される空気の流量は、燃料電池に供給される燃料ガスの流量よりも大きい。このため、空気の流量を更に増加させると、燃料電池セルの固体高分子膜の一部が乾燥し、燃料電池セルの発電性能を劣化させてしまう場合がある。【００３０】
この好ましい態様では、空気供給手段から供給された空気の一部を、燃料電池を経由せずに外部に排出する経路であるバイパス流路を備えており、制御手段は、空気供給手段による空気の供給量を増加させることによって高電位回避制御を行う場合には、燃料電池に到達する空気の流量が変化しないようにバイパス調整手段を制御する。【００３１】
このような構成とすることにより、高電位回避制御を行っても、燃料電池に到達する空気の流量は変化しない。従って、燃料電池セルの固体高分子膜を乾燥させることなく、高電位回避制御を行うことが可能となる。【００３２】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記補機は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却する冷却手段と、を有しており、前記制御手段は、前記燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させたにも関わらず、前記実消費電力が前記要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、前記冷却手段による冷媒の循環速度を増加させることにより前記高電位回避制御を行うことも好ましい。【００３３】
この好ましい態様では、制御手段が高電位回避制御を行う場合、まず燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させることにより、実消費電力を要求消費電力以上とすることを試みる。そして、燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させても実消費電力が要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、冷却手段による冷媒の循環速度を増加させる。すなわち、高電位回避制御を行うにあたり、燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させることを優先的に行う。【００３４】
先に述べたように、燃料ガスの供給量を増加させても、燃料電池セルの固体高分子膜が乾燥するというような問題は生じない。むしろ、空気極側から燃料極側に到達した逆拡散水を燃料ガスの下流側へ搬送し、固体高分子膜全体の含水量が均一化されるという効果を奏することとなる。従って、この好ましい態様によれば、燃料電池セルの発電性能に悪影響を与えることのない方法を優先しながら、高電位回避制御を行うことが可能となる。【００３５】
また本発明に係る燃料電池システムでは、前記補機は、前記燃料電池に空気を供給するための空気供給手段を更に有しており、前記制御手段は、前記冷却手段による前記冷媒の循環速度を増加させたにも関わらず、前記実消費電力が前記要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、前記空気供給手段による空気の供給量を増加させることにより前記高電位回避制御を行うことも好ましい。【００３６】
この好ましい態様では、制御手段が高電位回避制御を行う場合、まず燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させることにより、実消費電力を要求消費電力以上とすることを試みる。そして、燃料供給手段による燃料ガスの供給量を増加させても実消費電力が要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、冷却手段による冷媒の循環速度を増加させる。更に、冷却手段による冷媒の循環速度を増加させても実消費電力が要求消費電力以上とならなかった場合においてのみ、空気供給手段による空気の供給量を増加させる。【００３７】
すなわち、高電位回避制御を行うにあたり、先ず、燃料供給手段による燃料ガスの供給量増加、次に、冷却手段による冷媒の循環速度増加、最後に、空気供給手段による空気の供給量を増加という優先順位で、高電位回避制御を行う。【００３８】
先に述べたように、空気供給手段による空気の供給量を増加させると、固体高分子膜を乾燥させ、燃料電池セルの発電性能を低下させる可能性がある。この好ましい態様では、空気供給手段による空気の供給量増加を最も低い優先順位として高電位回避制御を行う。このため、固体高分子膜の乾燥をできるだけ防止しながら、高電位回避制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、燃料電池車両の運転室内において運転者が感知する騒音を増加させることなく、燃料電池セルの燃料極において触媒が溶出する現象を抑制する燃料電池システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態である燃料電池システムの構成を示した図である。
【図２】燃料電池における電流と電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図３】図１に示した燃料電池システムが、高電位回避制御を行う際における各種パラメータの時間変化を示すグラフである。
【図４】図１に示した燃料電池システムが行う高電位回避制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】燃料電池における電流と電圧との関係が、温度によって変化する様子を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００４２】
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態である燃料電池システムの構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態である燃料電池システムの構成を示した図である。図１に示したように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、空気を燃料電池１に供給する空気供給系３００と、燃料ガスである水素を燃料電池１に供給する燃料ガス供給系４００と、燃料電池１に冷媒を供給して燃料電池１を冷却する冷媒供給系５００と、電力を伝達する経路である電力系６００と、システム全体を統括制御する制御装置７００と、を備えている。
【００４３】
燃料電池１は、例えば固体高分子形燃料電池であって、多数のセル（単セル）を積層して直列に繋いだセルスタックにより構成されている。各セルは、高分子のイオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータに形成された燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータに形成された空気流路に空気が供給され、これら燃料ガスと空気との反応によって燃料電池１は電力を発生する。燃料電池１は、セルスタックの温度を測定するための温度センサ１３０を備えている。
【００４４】
空気供給系３００は、燃料電池１に供給される空気が流れる供給路１１１と、燃料電池１から排出された空気オフガスが流れる排出路１１２と、を有している。供給路１１１には、フィルタ１１３を介して外部から空気を取り込むコンプレッサ１１４が設けられている。排出路１１２を流れる空気オフガスは、背圧調整弁１１６を通って、最終的に排ガスとして大気中に排気される。コンプレッサ１１４は、コンプレッサモーター１１４ａの駆動により外部から空気を取り込む。
【００４５】
燃料ガス供給系４００は、燃料タンク１２１と、燃料タンク１２１から燃料電池１に供給される燃料ガスが流れる供給路１２２と、燃料電池１から排出された燃料オフガスを供給路１２２の合流点Ａに戻すための循環路１２３と、循環路１２３内の燃料オフガスを供給路１２２に圧送するポンプ１２４と、循環路１２３に分岐接続された排出路１２５と、を有している。
【００４６】
燃料タンク１２１は、燃料ガスである高圧の水素ガスを貯蔵するためのタンクである。燃料タンク１２１の元弁１２６を開くと、供給路１２２に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、調圧弁１２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池１に供給される。
【００４７】
供給路１２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁１２８、および供給路１２２内の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ１２９が設けられている。燃料電池システム１００において燃料ガスを循環させる経路は、供給路１２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池１のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路１２３とによって構成されている。燃料ポンプ１２４は、燃料ポンプモーター１２４ａの駆動により、循環系内の燃料ガスを燃料電池１に循環供給する。
【００４８】
循環路１２３には、燃料オフガスの圧力を検出する圧力センサ１３２が設けられている。また、排出路１２５には、遮断弁であるパージ弁１３３が設けられている。パージ弁１３３が燃料電池システム１００の稼動時に適宜開弁することで、燃料オフガス中の不純物が燃料オフガスと共に図示省略した水素希釈器に供給され、排出路１１２から排出される空気と合流して大気中に排出される。パージ弁１３３の開弁により、循環路１２３内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、燃料電池１に対して循環供給される燃料オフガス中の水素濃度が上がる。
【００４９】
冷媒供給系５００は、燃料電池１内の冷却流路に連通する冷媒循環流路１４１と、冷媒循環流路１４１に設けられた冷媒ポンプ１４２と、燃料電池１から排出される冷媒を冷却するラジエータ１４３と、ラジエータ１４３をバイパスするバイパス流路１４４と、ラジエータ１４３及びバイパス流路１４４への冷却水の通流を設定する三方弁１４５と、を有している。冷媒ポンプ１４２は、冷媒ポンプモーター１４２ａの駆動により、冷媒循環流路１４１内の冷媒を燃料電池１に循環供給する。
【００５０】
電力系６００は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１、バッテリー１６２、トラクションインバータ１６３、トラクションモーター１６４、及び各種の補機インバータ１６５，１６６，１６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリー１６２から入力された電力の直流電圧を調整してトラクションインバータ１６３側に出力する機能と、燃料電池１又はトラクションモーター１６４から入力された電力の直流電圧を調整してバッテリー１６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１のこれらの機能により、バッテリー１６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１により、燃料電池１の出力電圧が制御される。
【００５１】
バッテリー１６２は、バッテリーセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリーコンピュータの制御によって、余剰電力を充電したり補助的に電力を出力したりすることが可能になっている。トラクションインバータ１６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモーター１６４に供給する。トラクションモーター１６４は、例えば三相交流モーターであり、燃料電池システム１００が搭載される燃料電池車両を走行させるための動力源である。
【００５２】
補機インバータ１６５，１６６，１６７は、それぞれ、対応するコンプレッサモーター１１４ａ，燃料ポンプモーター１２４ａ，冷媒ポンプモーター１４２ａの駆動を制御する電動機制御装置である。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、燃料電池１又はバッテリー１６２から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、それぞれ、コンプレッサモーター１１４ａ，燃料ポンプモーター１２４ａ，冷媒ポンプモーター１４２ａに供給する。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御装置７００からの制御指令に従って、コンプレッサモーター１１４ａ，燃料ポンプモーター１２４ａ，冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数を制御する。
【００５３】
制御装置７００は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置７００は、燃料電池システム１００に配置された各種センサから検出信号の入力を受け、各構成要素に制御信号を出力して制御を行う。
【００５４】
速度検知手段７０１は、燃料電池システム１００を搭載する燃料電池車両の車両速度を検知する速度計である。速度検知手段７０１が検知した車両速度は、制御装置７００に入力される。
【００５５】
電圧検知手段８００は、燃料電池１の発電電圧を検知するために用いられる電圧センサである。燃料電池１の発電電圧とは、燃料電池１が発電している状態においてセルスタックの両端に生じる電圧のことである。電圧検知手段８００が検知した発電電圧は、制御装置７００に入力される。
【００５６】
次に、図２を参照しながら、燃料電池システム１００の高電位回避制御について説明する。図２は、燃料電池１における電流Ｉｃと電圧Ｖｃとの関係を説明するためのグラフである。このような関係は、一般にＩ−Ｖ特性と称される。Ｉ−Ｖ特性は、燃料電池１の温度Ｔｃ、燃料電池１に供給される燃料ガスの流量、及び空気の流量によっても変化するが、これらの条件が一定であれば、電流Ｉｃと電圧Ｖｃとは図２のように１：１の関係となる。
【００５７】
図２に示したように、燃料電池１のセルスタックの両端に生じる電圧Ｖｃは、燃料電池１が出力する電流Ｉｃが０の時に最大（ＯＣＶ：open circuit voltage）となり、電流Ｉｃが増加すると電圧Ｖｃはそれに伴って低下する。このため、燃料電池システム１００が出力する電力が低く、電流Ｉｃが小さい状態では、電圧Ｖｃは高い状態に維持されることとなる。
【００５８】
電圧Ｖｃが高い状態に維持される時間が長いと、燃料電池１を構成する各単セルにおいて燃料極の触媒が溶出してしまい、燃料電池システム１００の発電性能が劣化することが知られている。これは、電圧Ｖｃが高い状態となった状態のまま時間が経過すると、燃料極に担持されている白金触媒の一部が溶けてしまい、燃料極の触媒として機能しなくなるというものである。触媒が溶出すると、燃料電池セルのＩ−Ｖ特性が低下するため、発電可能な電力の最大値が低下してしまう。
【００５９】
上記のような触媒の溶出は、電圧Ｖｃが高いほど、また、電圧Ｖｃが高い状態に維持される時間が長いほど、発生する可能性が高くなることが知られている。このため、触媒の溶出を防止するためには、電流Ｉｃを常に所定以上流すことによって電圧Ｖｃを低く維持し、電圧Ｖｃが高い状態となることを回避すればよい。
【００６０】
例えば図２に示したように、電圧Ｖｃに所定の閾値Ｖｔを設定しておき、電圧Ｖｃが閾値Ｖｔを超えた（Ｖｃ＝Ｖ１）ことを検知すると、燃料電池１の出力を増加させることにより電圧Ｖｃを低下させることができる。すなわち、電流ＩｃをＩ１からＩ２に増加させることにより、電圧ＶｃをＶ１からＶ２まで低下させれば、電圧Ｖｃが高い状態となることを回避することができる。このように、電流Ｉｃの制御によって電圧Ｖｃを閾値Ｖｔ以下となるように維持する制御を、以下では高電位回避制御と呼ぶ。
【００６１】
燃料電池１が出力する電力（電流）を低下させないための方法としては、先ずトラクションモーター１６４の消費電力を高く維持することが考えられる。しかし、トラクションモーター１６４は燃料電池車両を走行させるための動力源であるから、その消費電力は、車両のアクセル開度等によって決定されるものである。このため、電圧Ｖｃを低下させる目的で、アクセル開度等とは無関係にその消費電力を高く維持したり増加させたりすることはできない。
【００６２】
次に、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１の制御によって、燃料電池１からバッテリー１６２へ供給される電力を所定以上に維持し、電圧Ｖｃを閾値Ｖｔ以下に維持することも考えられる。しかし、バッテリー１６２の充電率（ＳＯＣ）が高い状態においては、電圧Ｖｃを低く維持するために必要な電力をバッテリー１６２へ供給することができない。
【００６３】
このため、本実施形態に係る燃料電池システム１００は、ＳＯＣが高く燃料電池１からバッテリー１６２へ供給される電力を所定以上に維持できない場合においては、各補機が消費する電力を増加させることにより高電位回避制御を行う。具体的には、燃料ポンプモーター１２４ａ、冷媒ポンプモーター１４２ａ、コンプレッサモーター１１４ａそれぞれの回転数を増加させることによって燃料電池１から出力される電流Ｉｃを所定以上に維持し、電圧Ｖｃが閾値Ｖｔを超えてしまうことを防止する。
【００６４】
このように、バッテリー１６２に供給される電力に加え、補機が消費する電力をも制御しながら行われる高電位回避制御の例を、図３を参照しながら具体的に説明する。図３は、本実施形態に係る燃料電池システム１００が高電位回避制御を行う際における、各種パラメータの時間変化を示すグラフである。図３（Ａ）は、バッテリー１６２の充電率（ＳＯＣ）の時間変化を示している。図３（Ｂ）は、燃料電池１が出力する出力電力ＦＣＰの時間変化を示している。図３（Ｃ）は、補機で実際に消費される電力である実補機消費電力ＰＡＰの時間変化と、電圧Ｖｃを低く維持するために補機で消費することが求められる電力である要求補機消費電力ＳＡＰの時間変化とを示している。図３（Ｄ）は、燃料電池１の電圧Ｖｃの時間変化を示している。
【００６５】
要求補機消費電力ＳＡＰは、ＳＯＣや出力電力ＦＣＰ等に基づいて、制御装置７００によって常時算出される電力値であり、例えば以下のように算出される。
【００６６】
制御装置７００は、電圧Ｖｃを閾値Ｖｔ以下とするために、燃料電池１が最低限出力すべき電力である最低出力電力Ｐｔｈを記憶している。この最低出力電力Ｐｔｈは、燃料電池１のＩ−Ｖ特性によって定まる電力であり、図２に示したように、電圧Ｖｃの上限として設定された閾値Ｖｔと、これに対応する電流値Ｉｔとの積として算出される電力である。
【００６７】
制御装置７００は、トラクションモーター１６４が消費している電力Ｐｍｔと、バッテリー１６２に供給可能な電力Ｐｂａとを加算することにより、許容電力Ｐａｃを算出する。許容電力Ｐａｃは、燃料電池システム１００において、補機以外で消費可能な電力に相当するものである。制御装置７００は、最低出力電力Ｐｔｈから当該許容電力Ｐａｃを差し引いたあと、所定のマージンを加えることにより、上記の要求補機消費電力ＳＡＰを算出する。
【００６８】
図３（Ａ）において、時刻ｔ１に到達するまでの間は、バッテリー１６２のＳＯＣが低いため、バッテリー１６２に対して一定の電力が供給されている。このため、ＳＯＣは時間の経過と共に増加し、時刻ｔ１においてＳＰ１に到達する。
【００６９】
ＳＰ１は、ＳＯＣが上限に近づいたことを判断するために設けられたＳＯＣの閾値である。ＳＯＣがＳＰ１を超えると、ＳＯＣのさらなる増加に伴ってバッテリー１６２に供給される電力は徐々に小さくなるように制御される。ＳＯＣが、ＳＰ１より高い値として設定されたＳＰ２に到達すると（時刻ｔ３）、以降はバッテリー１６２に対する電力の供給が停止される。
【００７０】
時刻ｔ１以降は、バッテリー１６２に供給される電力が徐々に小さくなるため、これに伴って燃料電池１の出力電力ＦＣＰも徐々に小さくなり、時刻ｔ２において出力電力ＦＣＰはＦＰ０となる。ＦＰ０は、電圧Ｖｃを閾値Ｖｔ以下とするために、燃料電池１が最低限出力すべき電力（最低出力電力Ｐｔｈ）に、所定のマージンを加えて設定された電力の値である。
【００７１】
時刻ｔ２から時刻ｔ３において、バッテリー１６２に供給される電力はさらに低下するため、このままでは燃料電池１の出力電力ＦＣＰもさらに低下し、時刻ｔ３においてＦＰ２となってしまうこととなる。すなわち、上記のように設定されたＦＰ０を下回り、電圧Ｖｃが閾値Ｖｔを超えてしまうこととなる。しかし、本実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ３において補機の消費電力を増加させるため、時刻ｔ２以降において出力電力ＦＣＰは低下せず、ＦＰ０のまま一定となっている。
【００７２】
時刻ｔ２以降における補機の消費電力の増加は、先に説明した要求補機消費電力ＳＡＰが増加することに基づいて行われるものである。時刻ｔ２以降はバッテリー１６２に供給される電力が減少するため、許容電力Ｐａｃが低下する。要求補機消費電力ＳＡＰは、最低出力電力Ｐｔｈから当該許容電力Ｐａｃを差し引くことにより求められるものであるから、許容電力Ｐａｃが低下した結果、図３（Ｃ）のように要求補機消費電力ＳＡＰが増加することとなる。
【００７３】
制御装置７００は、補機（燃料ポンプモーター１２４ａ、冷媒ポンプモーター１４２ａ、コンプレッサモーター１１４ａ）によって実際に消費される電力、すなわち実補機消費電力ＰＡＰが、要求補機消費電力ＳＡＰ以上となるように制御を行っている。実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰを下回ると、両者の差分（偏差）をフィードバックすることにより、実補機消費電力ＰＡＰを増加させ、要求補機消費電力ＳＡＰ以上となるように制御している。
【００７４】
図３（Ｃ）のように、時刻ｔ２で要求補機消費電力ＳＡＰが増加開始した直後において、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰを下回ってしまう。このため、制御装置７００は実補機消費電力ＰＡＰをＡＰ０からＡＰ１へと増加させている。
【００７５】
以上説明したように、バッテリー１６２のＳＯＣが高い状態となった以降は、実補機消費電力ＰＡＰを増加させることによって、燃料電池１の電流Ｉｃが低下することを防止している。その結果、図３（Ｄ）に示したように、燃料電池１の電圧Ｖｃは、時刻ｔ１以降においても閾値Ｖｔより小さい状態に維持され、燃料極における触媒の溶出を防止している。
【００７６】
ところで、補機によって実際に消費される電力を増加させるためには、燃料ポンプモーター１２４ａ、冷媒ポンプモーター１４２ａ、及びコンプレッサモーター１１４ａのうち、少なくともどれかの一つの回転数を増加させる必要があるが、それに伴ってモーターの動作音が増加してしまう。特に、燃料電池１の電圧上昇は、例えば車両の降坂時や、車両の停止中等の、燃料電池１が発電した電力が余剰となるような状況において生じやすい。このような状況で上記のような高電位回避制御が行わると、例えばアクセルの踏みこみ等の操作を行っていないにも関わらず突然補機の動作音が大きくなる現象等により、運転者に対して違和感を与えてしまうという問題がある。
【００７７】
本実施形態に係る燃料電池システム１００においては、燃料電池車両の運転室内における騒音の大きさに基づいて、運転者が感知する騒音を増加させないように配慮しながら高電位回避制御を行う。以下、図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る高電位回避制御を説明するためのフローチャートである。図４に示された一連の処理は、燃料電池システム１００が発電を行っている間において、所定時間が経過するごとに、制御装置７００によって繰り返し実行されるものである。
【００７８】
先ず、ステップＳ１０１では、要求補機消費電力ＳＡＰの値が算出される。要求補機消費電力ＳＡＰは既に説明したように、最低出力電力Ｐｔｈから、（ＳＯＣ等を考慮しながら算出された）許容電力Ｐａｃを差し引いたあと、所定のマージンを加えることにより算出される。
【００７９】
続くステップＳ１０２では、当該要求補機消費電力ＳＡＰと実補機消費電力ＰＡＰとが比較される。実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰ以上であれば、既に十分な電流Ｉｃが燃料電池１から出力されているということであり、高電位回避制御を行う必要がないために処理が中断される。
【００８０】
ステップＳ１０２において、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも小さければ、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３では、速度検知手段７０１が検知した車両速度ＶＥＬが、予め設定された下限車両速度ＶＥＬ０よりも大きいかどうかが判断される。車両速度ＶＥＬが下限車両速度ＶＥＬ０よりも小さければ、車両の運転室内における騒音が小さい状態であると推定されるため、処理を中断し、補機の消費電力を増加させることによる高電位回避制御は行わない。
【００８１】
ステップＳ１０３において、車両速度ＶＥＬが下限車両速度ＶＥＬ０よりも大きければ、ステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、燃料ポンプモーター１２４ａの回転数Ｆｐについて、その最大値Ｆｐｍａｘが設定される。本実施形態においては、車両速度ＶＥＬが大きくなるに伴って、最大値Ｆｐｍａｘは大きな値となるように設定される。最大値Ｆｐｍａｘと車両速度ＶＥＬの関係は、例えば比例関係であって、車両速度と、運転室内で感知される燃料ポンプモーター１２４ａの動作音との関係を予め実験で求めておくことにより、運転者が動作音の増加を感知することのない範囲において、適切に設定される。
【００８２】
ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５では、燃料ポンプモーター１２４ａの回転数Ｆｐが、その最大値Ｆｐｍａｘよりも小さいかどうかが判断される。燃料ポンプモーター１２４ａの回転数Ｆｐが最大値Ｆｐｍａｘ以上であれば、ステップＳ２０４に移行する。ステップＳ２０４では、後に説明するように、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数を増加させることにより実補機消費電力ＰＡＰを増加させることを試みることとなる。
【００８３】
ステップＳ１０５において、回転数Ｆｐが最大値Ｆｐｍａｘよりも小さければ、ステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６では、現在の回転数Ｆｐを所定量増加させ、新たな回転数Ｆｐとする処理が行われる。このとき、回転数Ｆｐの増加に伴って、実補機消費電力ＰＡＰが上昇する。
【００８４】
ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、再び、要求補機消費電力ＳＡＰと実補機消費電力ＰＡＰとが比較される。実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きければ、十分な電流Ｉｃが燃料電池１から出力されているということであるため、この時点で処理を中断し、高電位回避制御を終了する。
【００８５】
ステップＳ１０７において、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰ以下であれば、更に回転数Ｆｐを増加させるため、ステップＳ１０５の処理が再度行われる。このように、ステップＳ１０５からステップＳ１０７までの処理は、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きくなるまで繰り返される。しかし、その途中で回転数Ｆｐが最大値Ｆｐｍａｘに到達した場合（ステップＳ１０５の判断が”Ｎｏ”の場合）、燃料ポンプモーター１２４ａの回転数をそれ以上増加させることができないため、ステップＳ２０４に移行する。
【００８６】
ステップＳ２０４では、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数Ｃｐについて、その最大値Ｃｐｍａｘが設定される。本実施形態においては、車両速度ＶＥＬが大きくなるに伴って、最大値Ｃｐｍａｘは大きな値となるように設定される。最大値Ｃｐｍａｘと車両速度ＶＥＬの関係は、例えば比例関係であって、車両速度と、運転室内で感知される冷媒ポンプモーター１４２ａの動作音との関係を予め実験で求めておくことにより、運転者が動作音の増加を感知することのない範囲において、適切に設定される。
【００８７】
ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５では、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数Ｃｐが、その最大値Ｃｐｍａｘよりも小さいかどうかが判断される。冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数Ｃｐが最大値Ｃｐｍａｘ以上であれば、ステップＳ３０４に移行する。ステップＳ３０４では、後に説明するように、コンプレッサモーター１１４ａの回転数を増加させることにより実補機消費電力ＰＡＰを増加させることを試みることとなる。
【００８８】
ステップＳ２０５において、回転数Ｃｐが最大値Ｃｐｍａｘよりも小さければ、ステップＳ２０６に移行する。ステップＳ２０６では、現在の回転数Ｃｐを所定量増加させ、新たな回転数Ｃｐとする処理が行われる。このとき、回転数Ｃｐの増加に伴って、実補機消費電力ＰＡＰが上昇する。
【００８９】
ステップＳ２０６に続くステップＳ２０７では、再び、要求補機消費電力ＳＡＰと実補機消費電力ＰＡＰとが比較される。実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きければ、十分な電流Ｉｃが燃料電池１から出力されているということであるため、この時点で処理を中断し、高電位回避制御を終了する。
【００９０】
ここで、燃料電池１の温度Ｔｃに伴うＩ−Ｖ特性の変化について、図５を参照しながら説明する。燃料電池１のＩ−Ｖ特性は、既に説明したように燃料電池１の温度Ｔｃに応じて変化する。具体的には、温度Ｔｃが高い状態においては図５の曲線ＩＶ０のようなＩ−Ｖ特性となり、温度Ｔｃが低い状態においては図５の曲線ＩＶ１のようなＩ−Ｖ特性となる。すなわち、温度Ｔｃが低下すると、Ｉ−Ｖ特性を示す曲線は下方に（Ｖｃが低下する方向に）移動することとなる。
【００９１】
ステップＳ２０６で冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数Ｃｐを増加させると、燃料電池１の温度が低下する。このため、燃料電池１の電圧Ｖｃは、電流Ｉｃが増加することによって低下することに加え、Ｉ−Ｖ特性を示す曲線が下方に移動することに伴ってさらに低下することとなる。このため、燃料極における触媒の溶出が更に抑制される。
【００９２】
ステップＳ２０７において、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰ以下であれば、更に回転数Ｃｐを増加させるため、ステップＳ２０５の処理が再度行われる。このように、ステップＳ２０５からステップＳ２０７までの処理は、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きくなるまで繰り返される。しかし、その途中で回転数Ｃｐが最大値Ｃｐｍａｘに到達した場合（ステップＳ２０５の判断が”Ｎｏ”の場合）、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数をそれ以上増加させることができないため、ステップＳ３０４に移行する。
【００９３】
ステップＳ３０４では、コンプレッサモーター１１４ａの回転数Ａｐについて、その最大値Ａｐｍａｘが設定される。本実施形態においては、車両速度ＶＥＬが大きくなるに伴って、最大値Ａｐｍａｘは大きな値となるように設定される。最大値Ａｐｍａｘと車両速度ＶＥＬの関係は例えば比例関係であって、車両速度と、運転室内で感知されるコンプレッサモーター１１４ａの動作音との関係を予め実験で求めておくことにより、運転者が動作音の増加を感知することのない範囲において、適切に設定される。
【００９４】
ステップＳ３０４に続くステップＳ３０５では、コンプレッサモーター１１４ａの回転数Ａｐが、その最大値Ａｐｍａｘよりも小さいかどうかが判断される。コンプレッサモーター１１４ａの回転数Ａｐが最大値Ａｐｍａｘ以上であれば、補機の消費電力をこれ以上増加させることができないため、処理が中断される。
【００９５】
ステップＳ３０５において、回転数Ａｐが最大値Ａｐｍａｘよりも小さければ、ステップＳ３０６に移行する。ステップＳ３０６では、現在の回転数Ａｐを所定量増加させ、新たな回転数Ａｐとする処理が行われる。このとき、回転数Ａｐの増加に伴って、実補機消費電力ＰＡＰが上昇する。
【００９６】
ステップＳ３０６に続くステップＳ３０７では、再び、要求補機消費電力ＳＡＰと実補機消費電力ＰＡＰとが比較される。実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きければ、十分な電流Ｉｃが燃料電池１から出力されているということであるため、この時点で処理を中断し、高電位回避制御を終了する。
【００９７】
ステップＳ３０７において、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰ以下であれば、更に回転数Ａｐを増加させるため、ステップＳ３０５の処理が再度行われる。このように、ステップＳ３０５からステップＳ３０７までの処理は、実補機消費電力ＰＡＰが要求補機消費電力ＳＡＰよりも大きくなるまで繰り返される。しかし、その途中で回転数Ａｐが最大値Ａｐｍａｘに到達した場合（ステップＳ３０５の判断が”Ｎｏ”の場合）、コンプレッサモーター１１４ａの回転数をそれ以上増加させることができない。すなわち、補機の消費電力をこれ以上増加させることができないため、処理が中断される。
【００９８】
以上において説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム１００においては、燃料電池車両の速度検知手段７０１が検知した車両速度ＶＥＬに基づいて、車両の運転室内における騒音の大きさを推定している。また、かかる騒音の大きさに基づいて補機が消費する電力を増加させることにより、高電位回避制御を行っている。
【００９９】
すなわち、燃料電池車両の運転室内における騒音が小さい状態（ＶＥＬがＶＥＬ０以下の状態）においては、騒音が増加したことを運転者が感知しやすいため、補機の消費電力を増加させることによる高電位回避制御を行わないこととし、運転者が感知する騒音の増加を防止している。一方、燃料電池車両の運転室内における騒音が大きい状態（ＶＥＬがＶＥＬ０を超えている状態）においては、騒音が増加したことを運転者が感知しにくいため、補機が消費する電力を増加させ、高電位回避制御を行っている。
【０１００】
また、ステップＳ１０４、ステップＳ２０４、及びステップＳ３０４に関して既に説明したように、制御装置７００は、高電位回避制御を行う際において、速度検知手段７０１で検知した車両速度が大きいほど、燃料ポンプモーター１２４ａの回転数の最大値Ｆｐｍａｘ、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数の最大値Ｃｐｍａｘ、コンプレッサモーター１１４ａの回転数の最大値Ａｐｍａｘがそれぞれ大きくなるように設定している。
【０１０１】
換言すると、速度検知手段７０１で検知された車両速度が小さいほど、補機が消費する電力の増加を抑制している。このため、補機の動作音の増加を運転者が感知することのない範囲において、燃料電池セルの電圧の上昇を可能な限り抑制するような（すなわち、補機の消費電力を可能な限り増加させるような）高電位回避制御を行うことが可能となっている。
【０１０２】
また、本実施形態に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１に燃料ガスを供給するための燃料ポンプモーター１２４ａ（燃料供給手段）と、冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却する冷媒ポンプモーター１４２ａ（冷却手段）と、を有しており、制御装置７００は、燃料ポンプモーター１２４ａの回転数を増加させて燃料ガスの供給量を増加させたにも関わらず、実補機消費電力ＰＡＰ（実消費電力）が要求補機消費電力ＳＡＰ（要求消費電力）以上とならなかった場合においてのみ、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数を増加させて冷媒の循環速度を増加させることにより高電位回避制御を行う。
【０１０３】
更に、燃料電池１に空気を供給するためのコンプレッサモーター１１４ａ（空気供給手段）を更に有しており、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数を増加させて冷媒の循環速度を増加させたにも関わらず、実補機消費電力ＰＡＰ（実消費電力）が要求補機消費電力ＳＡＰ（要求消費電力）以上とならなかった場合においてのみ、冷媒ポンプモーター１４２ａの回転数を増加させて空気の供給量を増加させることにより高電位回避制御を行う。
【０１０４】
すなわち、高電位回避制御を行うにあたり、先ず、燃料ポンプモーター１２４ａ（燃料供給手段）による燃料ガスの供給量増加を最優先に行うことにより、燃料電池１の発電性能に悪影響を及ぼすことなく、固体高分子膜全体の含水量が均一化される方法によって高電位回避制御を行っている。続いて、冷媒ポンプモーター１４２ａ（冷却手段）による冷媒の循環速度増加を優先的に行うことにより、Ｉ−Ｖ特性の変化によって効率的に電圧Ｖｃを低下させる方法によって高電位回避制御を行っている。
【０１０５】
尚、コンプレッサモーター１１４ａの回転数を増加させると、燃料電池１に対する空気の供給量が増加する。しかし、燃料電池１に供給される空気の流量は、燃料電池１に供給される燃料ガスの流量よりも大きい。このため、空気の流量を更に増加させると、燃料電池１を構成する固体高分子膜の一部が乾燥し、燃料電池１の発電性能を劣化させてしまう場合がある。本実施形態に係る燃料電池システム１００では、バイパス流路１１７、及び可変バルブ１１８を備えることにより、このような現象を防止することが可能となっている。
【０１０６】
図１を再び参照して説明すると、本実施形態に係る燃料電池システム１００では、コンプレッサモーター１１４ａから供給された空気の一部を、燃料電池１を経由せずに外部に排出する経路であるバイパス流路１１７を備えている。またバイパス流路１１７を通過する空気の流量を調整するための、可変バルブ１１８を備えている。
【０１０７】
制御装置７００は、コンプレッサモーター１１４ａの回転数を増加させる際、可変バルブ１１８の開度を調整することによって、燃料電池１に到達する空気の流量が変化しないように制御することが可能となっている。このような制御を行うことによって、固体高分子膜の一部を乾燥させることなく、コンプレッサモーター１１４ａの回転数を増加させることができる。
【０１０８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０９】
１：燃料電池
１３０：温度センサ
１００：燃料電池システム
１１１：供給路
１１２：排出路
１１３：フィルタ
１１４：コンプレッサ
１１４ａ：コンプレッサモーター
１１６：背圧調整弁
１１７：バイパス流路
１１８：可変バルブ
１２１：燃料タンク
１２２：供給路
１２３：循環路
１２４：燃料ポンプ
１２４ａ：燃料ポンプモーター
１２５：排出路
１２６：元弁
１２７：調圧弁
１２８：遮断弁
１２９，１３２：圧力センサ
１３０：温度センサ
１３３：パージ弁
１４１：冷媒循環流路
１４２：冷媒ポンプ
１４２ａ：冷媒ポンプモーター
１４３：ラジエータ
１４４：バイパス流路
１４５：三方弁
１６１：高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６３：トラクションインバータ
１６４：トラクションモーター
１６５，１６６，１６７：補機インバータ
３００：空気供給系
４００:燃料ガス供給系
５００：冷媒供給系
６００：電力系
７００：制御装置
７０１：速度検知手段
８００：電圧検知手段
Ｆｐ，Ｃｐ，Ａｐ：回転数
Ｆｐｍａｘ，Ａｐｍａｘ，Ｃｐｍａｘ，：最大値
ＦＣＰ 出力電力
Ｐｔｈ：最低出力電力
ＰＡＰ：実補機消費電力
ＳＡＰ：要求補機消費電力
ＶＥＬ：車両速度
ＶＥＬ０：下限車両速度
Ｖｔ：閾値
【図１】
2013076785.tif 000003
【図２】
2013076785.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2013076785.tif 000008
2013076785.tif 000009
2013076785.tif 000010
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