(57)【要約】【課題】大気圧に基づいて補機の消費電力を推定することにより、環境条件に応じて変動する補機の消費電力を精度良く推定する。【解決手段】燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池１９と、アイドル運転にある燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とするアイドル停止手段６２と、燃料電池の周囲の大気圧を検出する大気圧検出手段６１と、大気圧検出手段が検出した大気圧に基づいて、アイドル停止状態にある燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定する消費電力推定手段６４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池と、
アイドル運転にある前記燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とするアイドル停止手段と、
前記燃料電池の周囲の大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記大気圧検出手段が検出した大気圧に基づいて、前記アイドル停止状態にある前記燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定する消費電力推定手段
とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
モータの回転により流体を前記燃料電池に供給する流体供給装置と、
前記アイドル運転を実現するために必要な前記流体の流量を算出する流量算出手段と、
前記流量算出手段が算出した流量を実現するために必要な前記流体供給装置のモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記アイドル復帰時間において前記モータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を実現するために前記モータに要求するトルクを推定するトルク推定手段とを更に備え、
前記消費電力推定手段は、前記大気圧に基づいて前記モータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数及び前記トルク推定手段が推定したトルクに基づいて前記消費電力を推定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記流体供給装置は、酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給装置であり、
前記流量算出手段は、前記アイドル運転を実現するために必要な酸化ガスの流量を算出する酸化ガス流量算出手段であり、
前記モータ回転数算出手段は、前記酸化ガス流量算出手段が算出した酸化ガスの流量を実現するために必要な前記酸化ガス供給装置のモータ回転数を算出することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記酸化ガス供給装置が吸入する酸化ガスの温度を検出する酸化ガス温度検出手段と、
前記大気圧及び前記酸化ガス温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記酸化ガス供給装置が吸入する酸化ガスの密度を推定する酸化ガス密度推定手段とを更に備え、
前記モータ回転数算出手段は、前記酸化ガス密度推定手段が推定した密度に基づいて前記モータ回転数を補正することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記酸化ガス供給装置が吐出する酸化ガスの圧力を検出する酸化ガス圧力検出手段を更に備え、
前記トルク推定手段は、前記大気圧と前記酸化ガス圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、前記圧力比に基づいて前記トルクを補正することを特徴とする請求項３又は４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記流体供給装置は、前記燃料電池に供給する酸化ガスを加湿するための水を供給する加湿水供給装置であり、
前記流量算出手段は、前記アイドル運転を実現するために必要な水の流量を算出する加湿水流量算出手段であり、
前記モータ回転数算出手段は、前記加湿水流量算出手段が算出した水の流量を実現するために必要な前記加湿水供給装置のモータ回転数を算出することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記大気圧に基づいて、前記加湿水供給装置が吸入する水の圧力を推定する吸入加湿水圧力推定手段と、
前記加湿水供給装置が吐出する水の圧力を検出する吐出加湿水圧力検出手段とを更に備え、
前記トルク推定手段は、前記吸入加湿水圧力推定手段が推定した圧力と前記吐出加湿水圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、前記圧力比に基づいて前記トルクを補正することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流体供給装置は、前記燃料電池を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給装置であり、
前記流量算出手段は、前記アイドル運転を実現するために必要な冷却液の流量を算出する冷却液流量算出手段であり、
前記モータ回転数算出手段は、前記冷却液流量算出手段が算出した冷却液の流量を実現するために必要な前記冷却液供給装置のモータ回転数を算出することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記大気圧に基づいて、前記冷却液供給装置が吸入する冷却液の圧力を推定する吸入冷却液圧力推定手段と、
前記冷却液供給装置が吐出する冷却液の圧力を検出する吐出冷却液圧力検出手段とを更に備え、
前記トルク推定手段は、前記吸入冷却液圧力推定手段が推定した圧力と前記吐出冷却液圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、前記圧力比に基づいて前記トルクを補正することを特徴とする請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池の電流電圧特性を推定する電流電圧特性推定手段を更に備え、
前記流量算出手段は、前記電流電圧特性推定手段が推定した電流電圧特性に基づいて前記アイドル運転を実現するために必要な前記流体の流量を補正することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記電流電圧特性推定手段は、前記燃料電池に関する温度に基づいて前記電流電圧特性を推定することを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記電流電圧特性推定手段は、前記燃料電池の総発電時間から前記電流電圧特性を推定することを特徴とする請求項１０又は１１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記電流電圧特性は、前記燃料電池から取り出される電流と電圧との関係から推定されることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
アイドル運転にある前記燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とし、
前記燃料電池の周囲の大気圧を検出し、
大気圧に基づいて、前記アイドル停止状態にある前記燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１５】
燃料電池システムは、モータの回転により流体を前記燃料電池に供給する流体供給装置を備え、
前記アイドル運転を実現するために必要な前記流体の流量を算出し、
前記流体の流量を実現するために必要な前記流体供給装置のモータ回転数を算出し、
前記アイドル復帰時間において前記モータ回転数を実現するために前記モータに要求するトルクを推定し、
前記大気圧に基づいて前記モータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数及び前記トルクに基づいて前記消費電力を推定する
ことを特徴とする請求項１４記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム及びその制御方法に関し、特に、燃料電池システムの補機及び燃料電池スタックの発電を停止したアイドル停止状態から所定のアイドル状態へ復帰する時に必要な消費電力を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題、特に、自動車の排気ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に対して、クリーンな排気及び高いエネルギー効率を可能とする電力源、あるいは動力源として、燃料電池技術が注目されている。燃料電池システムは、水素を含む燃料ガス及び空気等の酸化ガスを燃料電池スタックに供給して、電気化学反応を起こして化学エネルギーを電気エネルギーに変えるエネルギー変換システムである。
【０００３】
燃料電池車両は、通常、燃料電池の出力応答性を補うために、例えばバッテリやキャパシタ等の蓄電装置を備え、燃料電池やバッテリから電力の供給を受けて駆動モータ等の電動機を稼動している。
【０００４】
従来から、例えば特許文献１及び２に開示されたように、車速、駆動モータ出力などの車両の状態や蓄電装置の充電状態（残容量）が所定の状態である場合に燃料電池システムが所定のアイドル状態であると判断して、酸化ガス供給装置及び燃料電池スタックの発電を停止してアイドルストップ（アイドル停止状態）としていた。また、車両あるいは蓄電装置の充電状態が所定の状態ではない場合に、酸化ガス供給装置を駆動して燃料電池スタックを再起動させて電力を供給していた。
【特許文献１】特開２００１−３５９２０４号公報
【特許文献２】特開２００４−０５６８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、車両周囲の大気圧が低下し、或いは外気温が変化（上昇）すると、これに伴って、燃料電池スタックを再起動するために必要な制御を補正することが必要となる。例えば、燃料電池システムが備える各補機を駆動するモータの回転数あるいはモータトルクを増量する補正を行うことを余儀なくされ、各補機の仕事量は増加することとなる。さらに、上述したような環境条件や車両の状態の変化が起こると、各補機を過電流等から保護するために動作制限が必要となる場合がある。この場合、アイドル停止状態からアイドル発電までの復帰時間（アイドル復帰時間）が増加することとなる。
【０００６】
例えば、駆動モータのトルク指令値は、基本的に通常時（１気圧、常温程度）のアイドル復帰時間を考慮し、車速又は駆動モータの回転数に応じた駆動モータ消費電力応答時間を設計している。ところが、上述した特許文献１及び２の技術を用いると、上述したような環境条件や車両の状態の変化によりアイドル復帰時間が長くなっているにもかかわらず、アイドル復帰時間を推定しないで通常通りに駆動モータにトルク指令を行ってしまう。これにより、駆動モータの出力が駆動モータに供給可能な電力（車両に供給する燃料電池発電電力＋バッテリアシスト電力）を上回り、バッテリの過放電を起こす可能性があるという問題点があった。
【０００７】
さらには、バッテリの過放電を防止するため、駆動モータの出力を駆動モータに供給可能な電力に収まるようにトルク制御すると、ドライバの意図した加速を得ることができず、ドライバは加速フィーリングに違和感を持ってしまうという問題点もあった。
【０００８】
そこで本発明は、環境条件に応じて変動するアイドル復帰時の燃料電池システムの補機消費電力を精度良く推定する技術を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池と、アイドル運転にある燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とするアイドル停止手段と、燃料電池の周囲の大気圧を検出する大気圧検出手段と、大気圧検出手段が検出した大気圧に基づいて、アイドル停止状態にある燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定する消費電力推定手段とを備える燃料電池システムであることである。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、アイドル運転にある燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とし、燃料電池の周囲の大気圧を検出し、大気圧に基づいてアイドル停止状態にある燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定することである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大気圧に基づいて補機の消費電力を推定することにより、環境条件に応じて変動する補機の消費電力を精度良く推定する燃料電池システム及びその制御方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１３】
（基本構成）
図１を参照して、本発明の実施形態の基本構成を説明する。本発明の実施形態の基本構成は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、アイドル運転にある燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態とするアイドル停止手段としてのＰＰシステム補機装置制御手段６２と、燃料電池の周囲の大気圧を検出する大気圧検出手段６１と、大気圧検出手段６１が検出した大気圧に基づいて、アイドル停止状態にある燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機の消費電力を推定する消費電力推定手段６４とを備える。
【００１４】
ここで、「燃料電池」とは、電解質とそれを挟んで設けられた一対の電極（アノード、カソード）とが一組となって構成される電池の基本構成単位である「単セル」、単セルの積層体であり、セパレータ、冷却板、出力端子などを含めた平板型燃料電池の基本構成単位である「セルスタック」、及び所定の出力を得るために複数のセルスタックで構成される「セルモジュール」を含む概念である。以後、「燃料電池」を燃料電池スタックと呼称する。
【００１５】
「アイドル運転」とは、外部負荷に電力を供給せず、運転（発電）に必要な最低負荷を自らが供給して運転している状態を示し、無負荷運転、待機運転（日本工業規格番号：JISC8800）を含む概念である。
【００１６】
「アイドル停止状態」とは、アイドル運転から燃料電池スタックの発電のみを停止した状態や、アイドル運転から燃料電池スタックの他に燃料電池システムを構成する各補機の運転も停止した状態を含む概念である。更に、燃料電池スタックの他に各補機の運転も停止した状態とは、燃料ガスの供給に係わる補機、酸化ガスの供給に係わる補機、反応ガスを加湿する水の供給に係わる補機の少なくとも何れか１つの運転を停止した状態を含む概念である。
【００１７】
ＰＰ（パワー・プラント）システム補機装置制御手段６２は、大気圧検出手段６１が検出した大気圧に基づき補機としての酸化ガス供給装置を制御する。消費電力推定手段６４は、大気圧検出手段６１が検出した大気圧と、ＰＰシステム補機装置制御手段６２で制御した補機（酸化ガス供給装置）のモータ回転数指令値に基づき、燃料電池スタックのアイドル復帰時間を推定し、当該アイドル復帰時間内での補機の消費電力を推測する。
【００１８】
燃料電池システムは、燃料が有するエネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極（アノード）に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極（カソード）に酸素を含有する酸化ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる次式の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギーを取り出すものである。
【００１９】
アノード反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ−
カソード反応：２Ｈ+＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
アノードに供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法や水素を含有する燃料を改質して水素含有ガスを供給する方法などが知られている。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。カソードに供給する酸化ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
【００２０】
燃料電池システムは、モータの回転により流体を燃料電池スタックに供給する流体供給装置と、アイドル運転を実現するために必要な流体の流量を算出する流量算出手段と、流量算出手段が算出した流量を実現するために必要な流体供給装置のモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、アイドル復帰時間においてモータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を実現するためにモータに要求するトルクを推定するトルク推定手段を備える。図１の消費電力推定手段６４は、大気圧に基づいてモータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数及びトルク推定手段が推定したトルクに基づいて消費電力を推定する。
【００２１】
なお、図１のＰＰシステム補機装置制御手段６２及び消費電力推定手段６４、流量算出手段、モータ回転数算出手段、トルク推定手段は、ＣＰＵ、入力装置、出力装置、一時記憶装置（主記憶装置）等が備えられている通常の情報処理装置を制御装置（コントローラ）として用いて実現することができる。
【００２２】
（第１の実施の形態）
[構成]
図２に示すように、第１の実施の形態に係わるＰＰシステムとしての燃料電池システムは、燃料電池スタック１９と、燃料電池スタック１９へ供給される水素ガス及び酸化ガスを加湿する加湿器２と、酸化ガスを圧送する酸化ガス供給装置３と、高圧水素の流量を制御する可変バルブ４と、酸化ガスの圧力、流量を制御するスロットル５と、水素ガスを外部に排出するパージ弁６と、酸化ガス及び水素ガスを加湿するための水（例えば純水）を加湿器２に供給する加湿水供給装置（純水供給装置）７と、燃料電池スタック１９から排出される未使用の水素を上流へ還流するためのイジェクタ８と、燃料電池スタック１９から出力を取り出す駆動ユニット９と、燃料電池スタック１９入口の酸化ガス圧力を検出する酸化ガス圧力センサ１０と、燃料電池スタック１９入口の水素圧力を検出する水素圧力センサ１１と、燃料電池スタック１９へ流入する酸化ガス流量を検出する酸化ガス流量センサ１２と、燃料電池スタック１９へ流入する水素流量を検出する水素流量センサ１３と、燃料電池スタック１９から単セルあるいは単セル群の電圧を検出するセル電圧検出装置１５と、各センサの信号とセル電圧検出装置１５の出力を取り込み、内蔵された制御ソフトウェアに基づいて各アクチュエータを駆動するコントローラ１４とを備える。
【００２３】
酸化ガス系において、酸化ガス供給装置３は酸化ガスを圧縮して加湿器２へ送る。加湿器２は純水供給装置７で供給された純水で酸化ガスを加湿する。加湿された酸化ガスは燃料電池スタック１９のカソード入口へ送り込まれる。
【００２４】
水素ガス系において、高圧水素タンク１８に高圧状態で貯蔵された水素ガスは、可変バルブ４によりその流量が制御されると同時に、燃料電池スタック１９における所望の水素圧力値に設定される。また、水素ガスは、イジェクタ８において燃料電池スタック１９から排出される未使用の水素ガスからなる還流量と合流し、次に加湿器２へ送られ、加湿器２において酸化ガスと同様に純水供給装置７で供給された純水により加湿され、その後、燃料電池スタック１９へ送り込まれる。
【００２５】
燃料電池スタック１９は、送り込まれた酸化ガスと水素ガスを反応させて発電を行い、電流（電力）を車両等の外部システムへ供給する。燃料電池スタック１９で反応に使用した残りの酸化ガスは燃料電池スタック１９外へ排出される。スロットル５の開度により酸化ガスの圧力が制御される。また、燃料電池スタック１９での反応に使用した残りの水素ガスは燃料電池スタック１９外へ排出されるが、未使用の水素ガスはイジェクタ８によって加湿器２よりも上流へ還流されて発電に再利用される。
【００２６】
酸化ガス圧力センサ１０は、燃料電池スタック１９のカソード入口における酸化ガスの圧力を検出する。酸化ガス流量センサ１２は、燃料電池スタック１９のカソード入口へ流入する酸化ガスの流量を検出する。水素圧力センサ１１は、燃料電池スタック１９のアノード入口における水素ガスの圧力を検出する。水素流量センサ１３は、燃料電池スタック１９のアノード入口へ流入する水素ガスの流量を検出する。圧力センサ１６は、大気圧を検出する図１の大気圧検出手段６１として機能する。温度センサ１７は、酸化ガス供給装置３が吸入する酸化ガスの温度を検出する酸化ガス温度検出手段の例として、大気の温度を検出する。セル電圧検出装置１５は、燃料電池スタックを構成する単セルあるいは複数の単セルからなる単セル群（セルスタック）の電圧を検出する。これらの検出値はコントローラ１４へ読み込まれる。コントローラ１４では、読み込んだ各値が、そのときの目標発電量から決まる所定の目標値になるように酸化ガス供給装置３、スロットル５、可変バルブ４を制御するとともに、燃料電池スタック１９から駆動ユニット９へ取り出す出力（電流値）を指令し制御する。
【００２７】
図３は、図２の燃料電池システムに関係する装置（補機）の概略図である。燃料電池システムは、更に、燃料ガス及び酸化ガスを加湿するための純水を貯蔵する純水リザーバタンク３９と、純水ラジエタ３２を通過する純水流量を調整する三方弁３４ａ、３４ｂと、純水を冷却する純水ラジエタ３２及びラジエタファン３３と、燃料電池スタック１９を冷却する冷却液（例えば冷却水）を燃料電池スタック１９に供給する冷却液供給装置（冷却水供給装置）３７と、冷却水を貯蔵する冷却水リザーバタンク４０と、冷却水ラジエタ３５を通過する冷却水流量を調整する三方弁３８ａ、３８ｂと、冷却水を冷却する冷却水ラジエタ３５及びラジエタファン３６と、大気圧を検出する圧力センサ１６と、純水供給装置７の吐出圧力を検出する圧力センサ５０と、冷却水供給装置３７の吐出圧力を検出する圧力センサ５１とを備える。コントローラ１４は、圧力センサ１６と圧力センサ５０と圧力センサ５１の検出値に基づき純水供給装置７を駆動するモータ及び冷却水供給装置３７を駆動するモータを制御する。
【００２８】
[作用]
次に第１の実施の形態に係わる燃料電池システムの作用を説明する。
【００２９】
＜メインフロチャート（図１２）＞
先ず、図１２のフローチャートを参照して、全体の動作を説明する。燃料電池システムの制御方法は、圧力センサ１６により検出された大気圧からＰＰシステムのアイドル復帰時における補機の消費電力を推定するものである。図１２の本処理内容は、燃料電池の運転開始時より所定時間毎（例えば１０[ms]毎）に実行される。
【００３０】
Ｓ１段階において、圧力センサ１６により大気圧を検出し、Ｓ２段階では、ＰＰシステムの補機（酸化ガス供給装置３）がアイドル運転において供給する流体（酸化ガス）の目標流量を演算し、Ｓ３段階では、Ｓ１で検出した大気圧と、Ｓ２で演算したアイドル運転における酸化ガス供給装置３の目標供給流量に基づき、目標供給流量を補正する。Ｓ４段階では、Ｓ３段階で演算したアイドル運転時の酸化ガス供給装置３の補正後の供給流量に基づき、酸化ガス供給装置３のモータ回転数指令値を演算する。Ｓ５段階では、Ｓ４段階で演算した酸化ガス供給装置３のモータ回転数指令値を所定のアイドル復帰時間で実現するために酸化ガス供給装置３のモータに要求するトルクを推定する。Ｓ６段階では、Ｓ４段階で演算した酸化ガス供給装置３のモータ回転数指令値と、Ｓ５段階で演算した酸化ガス供給装置３のモータ要求トルクの推定値に基づいて、アイドル復帰時の酸化ガス供給装置３の消費電力を演算し、終了する。
【００３１】
ここで、図４を用いて、Ｓ２段階においてアイドル運転時の補機の目標供給流量を演算する処理について説明する。例えば、標準大気状態（1013.25hPa、15.0℃）時において、燃料電池スタック１９で所定の発電を行う場合に供給する必要のある酸化ガスの供給流量を予め実験などにより求め、図４に示すように、燃料電池スタック１９の発電量と酸化ガスの供給流量との関係をまとめる。
【００３２】
車両が所定のアイドル状態（車速０km/h、かつ、バッテリ充電要求がない状態など）である場合に、燃料電池スタック１９が発電する必要があるアイドル発電量を図４中のＧidle[kW]とし、該アイドル発電量を実現するために燃料電池スタック１９に供給するアイドル運転における酸化ガスの目標供給流量をＱair_idle[NL/min]とする。
【００３３】
＜アイドル運転時酸化ガス目標供給流量補正演算フロチャート（図１３）＞
次に、図１３のフロチャートを用いて、Ｓ３段階における酸化ガス供給装置３の目標供給流量を補正する方法について説明する。
【００３４】
Ｓ３１段階では、温度センサ１７により酸化ガス供給装置３が吸入する酸化ガスの温度を検出し、Ｓ３２段階では、図１２のＳ１段階で検出した大気圧、Ｓ２段階で演算したアイドル運転時における酸化ガス供給装置３の目標供給流量に基づき、目標供給流量の補正値を演算し終了する。
【００３５】
ここで、Ｓ３２段階の補正値の演算方法について説明する。例えば、Ｓ２段階で演算した目標供給流量をノルマル体積流量[NL/min]として算出した場合について説明する。
【００３６】
Ｓ２段階で演算した酸化ガスの目標供給流量Ｑair_idle[NL/min]と、Ｓ１段階で検出した大気圧をＰin_air[kPa]、Ｓ３１段階で検出した酸化ガスの温度をＴin_air[degC]とすると、補正後の目標供給流量Ｑair_idle’[L/min]は（１）式のように算出することができる。
【数１】
2006278153.tif 000003
【００３７】
また、Ｓ２段階で演算した目標供給流量を質量流量Ｑair_idle[g/min]として算出した場合については、以下に示す（２）式により酸化ガス密度を算出し、（３）式により、酸化ガスの補正後の目標供給流量Ｑair_idle’[L/min]を算出することも可能である。
【００３８】
気体の標準状態（0℃、101.325kPa）の場合の酸化ガス密度は、
2006278153.tif 000004
[g/L]であるので、酸化ガス密度[g/L]は（２）式で算出することができる。
【数２】
2006278153.tif 000005
【数３】
2006278153.tif 000006
【００３９】
ここで、図５を用いてＳ４段階における酸化ガス供給装置３のモータ回転数の演算方法について説明する。
【００４０】
予め実験などにより、大気圧をパラメータとして、酸化ガス供給装置３のモータ回転数と燃料電池スタック１９へ供給される酸化ガスの流量との関係を求める。ここでは、大気圧が低下すると共に、酸化ガスの供給量が同じであっても、酸化ガス供給装置３のモータ回転数が増加する関係にある。この関係から、アイドル運転時における酸化ガスの目標供給流量Ｑair_idle[NL/min] を供給する場合の酸化ガス供給装置３のモータ回転数Ｎair_idle[rpm]と、補正後の目標供給流量Ｑair_idle’[L/min]を供給する場合のモータ目標回転数Ｎair_idle’[rpm]を算出する。
【００４１】
次に、図６を参照してＳ５段階における酸化ガス供給装置３のモータに要求されるトルクを推定する方法について説明する。
【００４２】
アイドル運転時における補正後のモータ目標回転数Ｎair_idle’[rpm]を、通常のアイドル復帰時間ｔair_idle[sec]で出力させる場合にモータに必要とされるトルクをTrair_idle’[Nm]とし、酸化ガス供給装置３のモータにかかる負荷をRLair[Nm]、酸化ガス供給装置３のモータのイナーシャをＩair[kg・m^2]とする。また、酸化ガス供給装置３のモータ負荷RLair[Nm]は、モータ回転数Ｎair[rpm]と酸化ガス供給装置３の圧力比Prair[-]の関数であることから、（４）式のように示すことができる。
【数４】
2006278153.tif 000007
【００４３】
また、アイドル運転時における酸化ガス供給装置３の補正後のモータ目標回転数Ｎair_idle’[rpm]をモータ角速度ωair_idle’[rad/sec]に換算すると、（５）式に示すようになる。
【数５】
2006278153.tif 000008
【００４４】
さらに、酸化ガス供給装置３のモータ要求トルクの推定値Trair_idle’[Nm]は、（６）式のように示すことができる。
【数６】
2006278153.tif 000009
【００４５】
さらに、モータ角速度ωair_idle’[rad/sec]は、（７）式のように示すことができる。
【数７】
2006278153.tif 000010
【００４６】
（５）式及び（７）式をまとめると、（８）式のようになる。
【数８】
2006278153.tif 000011
【００４７】
さらに、（８）式の右辺を展開すると、Trair_idle’＝ktとすると、（９−１）及び（９−２）式となる。
【数９】
2006278153.tif 000012
【００４８】
したがって、アイドル運転時酸化ガス供給装置モータ目標回転数補正値Ｎair_idle’[rpm]を出力させる場合の酸化ガス供給装置モータ要求トルク△Trair_idle’[Nm/sec]は（９−２）式のｋとなることから、通常アイドル復帰時間ｔair_idle[sec]で要求トルクを出力させた場合の要求トルク変化量△Trair_idle’[Nm/sec]は（１０）式のようになる。
【数１０】
2006278153.tif 000013
【００４９】
最後に、図６を用いてＳ６段階における酸化ガス供給装置３のモータの消費電力を演算する方法について説明する。予め実験などにより、酸化ガス供給装置３のモータの回転数とトルクとモータ損失分との関係を求める。アイドル発電時における酸化ガス供給装置３の補正後のモータ回転数Ｎair_idle’[rpm]、酸化ガス供給装置３のモータ要求トルクの推定値Trair_idle’[Nm]の時の酸化ガス供給装置３のモータ損失分をLossair_idle’[kW]は、（１１）式のように示すことができる。
【数１１】
2006278153.tif 000014
【００５０】
アイドル復帰時における酸化ガス供給装置３のモータ消費電力Ｗair_idle’[kW]は（１２）式のように示すことができる。
【数１２】
2006278153.tif 000015
【００５１】
[効果]
以上説明したように、第１の実施の形態に係わる燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを供給して発電する燃料電池（燃料電池スタック１９）と、アイドル運転にある燃料電池スタック１９の発電を停止してアイドル停止状態とするアイドル停止手段（ＰＰシステム補機装置制御手段６２）と、燃料電池スタック１９の周囲の大気圧を検出する大気圧検出手段６１と、大気圧検出手段６１が検出した大気圧に基づいて、アイドル停止状態にある燃料電池スタック１９の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間において燃料電池システムを構成する補機（酸化ガス供給装置）の消費電力を推定する消費電力推定手段６４とを備える。検出した大気圧に基づき、アイドル復帰時の補機の消費電力を推定しているので、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項１、１４の効果＞。
【００５２】
燃料電池システムは、モータの回転により流体（酸化ガス）を燃料電池スタック１９に供給する流体供給装置（酸化ガス供給装置３）と、アイドル運転を実現するために必要な流体の流量を算出する流量算出手段と、流量算出手段が算出した流量を実現するために必要な流体供給装置のモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、アイドル復帰時間においてモータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を実現するためにモータに要求するトルクを推定するトルク推定手段とを更に備える。そして、消費電力推定手段６４は、大気圧に基づいてモータ回転数算出手段が算出したモータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数及びトルク推定手段が推定したトルクに基づいて消費電力を推定する。即ち、大気圧の変化に応じて、燃料電池スタックに供給する目標酸化ガス流量を補正し、該補正後の目標流量を実現するモータ回転数の指令値を演算する。さらに、アイドル復帰時間でモータ回転数を実現するためにモータに要求するトルクを推定し、モータ回転数と要求トルクからモータの消費電力を推定している。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項２、１５の効果＞。
【００５３】
第１の実施の形態において、流体供給装置は、酸化ガスを燃料電池スタック１９に供給する酸化ガス供給装置３である。この場合、流量算出手段は、アイドル運転を実現するために必要な酸化ガスの流量を算出する酸化ガス流量算出手段であり、モータ回転数算出手段は、酸化ガス流量算出手段が算出した酸化ガスの流量を実現するために必要な酸化ガス供給装置のモータ回転数を算出する。即ち、大気圧に基づき、酸化ガス流量算出手段が算出した酸化ガスの流量を実現する酸化ガス供給装置のモータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数に基づき消費電力を推定する。これにより、精度の高い酸化ガス供給装置３のモータの消費電力を得ることができる＜請求項３の効果＞。
【００５４】
燃料電池システムは、酸化ガス供給装置３が吸入する酸化ガスの温度を検出する酸化ガス温度検出手段（温度センサ１７）と、大気圧及び酸化ガス温度検出手段が検出した温度に基づいて、酸化ガス供給装置３が吸入する酸化ガスの密度を推定する酸化ガス密度推定手段とを更に備える。そして、モータ回転数算出手段は、酸化ガス密度推定手段が推定した密度に基づいてモータ回転数を補正する。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項４の効果＞。
【００５５】
燃料電池システムは、酸化ガス供給装置３が吐出する酸化ガスの圧力を検出する酸化ガス圧力検出手段を更に備える。そして、トルク推定手段は、大気圧と酸化ガス圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、圧力比に基づいてトルクを補正する。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項５の効果＞。
【００５６】
本発明の第１の実施形態では、燃料電池システムが燃料電池を主電源とする車両に搭載されている。そして、車両の状態が所定のアイドル状態と判断された場合に、酸化ガス供給装置３を停止して、燃料電池スタック１９の発電を停止して「アイドル停止状態」とする。また、車両の状態が非アイドル状態と判断された場合、あるいは、キャパシタやバッテリの残容量が所定値以下に低下した場合に、酸化ガス供給装置３を駆動して、燃料電池スタック１９を再起動する。
【００５７】
従来では、大気圧の低下、燃料電池スタック１９の電流電圧特性のばらつき、それらに伴う燃料電池システム補機の動作点の変更など、燃料電池システムの補機消費電力は様々な要因によりばらついてしまうという問題があった。また、燃料電池車両で行われる様々な制御（エネルギーマネージメント制御、駆動モータ制御）は基本的に補機の消費電力を参照して行われるため、補機消費電力がばらつくと、車両制御に著しく影響が出てしまうという問題点があった。
【００５８】
そこで、本発明の第１の実施の形態では、燃料電池システムがアイドル停止状態からアイドル運転に遷移した場合を想定し、環境条件（大気圧、外気温など）を考慮して燃料電池システム補機の消費電力を推定する。これにより、燃料電池システム補機の消費電力を精度良く推定することができ、車両制御をより制度良く行なうことが可能となる。
【００５９】
また、アイドル復帰時の燃料電池システムの補機消費電力を精度良く推定することができるので、バッテリ過放電を防止することが可能となり、その結果、加速フィーリングの違和感を軽減することが可能な燃料電池システム及びその制御方法を提供することが出来る。
【００６０】
（第２の実施の形態）
[構成]
第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の例として燃料電池スタックへ酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置３を採用する。
【００６１】
なお、図１乃至図６、図１２、図１３に関する説明は、第１の実施の形態と同様であるので省略する。
【００６２】
[作用]
概略の作用は、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
＜アイドル運転時酸化ガス供給装置目標供給流量演算フロチャート（図１４）＞
図１４のフロチャートを用いて、図１２のＳ２のアイドル運転時における酸化ガス供給装置３の目標供給流量の演算方法について説明する。
【００６４】
Ｓ２１段階では、燃料電池スタック１９の電流電圧特性（Ｉ-Ｖ特性）を推定し、Ｓ２２段階では、Ｓ２１段階で推定した燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性に基づき、酸化ガスの目標供給流量を演算し、終了する。
【００６５】
＜燃料電池スタックI-V特性推定フロチャート（図１５）＞
図１５のフロチャートを用いて、Ｓ２１段階における燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性の推定方法について説明する。
【００６６】
Ｓ２１１段階では、燃料電池スタック１９の温度もしくは燃料電池スタック１９の温度とほぼ同値となる燃料電池スタック１９を冷却する冷却水の温度を検出する。Ｓ２１２段階では、Ｓ２１１段階で検出した燃料電池スタック１９の温度に基づき、燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性の補正係数ｋt[-]を算出する。Ｓ２１３段階では、燃料電池スタック１９の総発電時間を推定し、Ｓ２１４段階では、Ｓ２１３段階で推定した燃料電池スタック１９の総発電時間の推定値に基づき、燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性の補正係数ｋk[-]を算出する。Ｓ２１５段階では、Ｓ２１２段階で算出したＩ-Ｖ特性の補正係数ｋt[-]及びＳ２１４段階で算出したＩ-Ｖ特性の補正係数ｋk[-]と、燃料電池スタック１９の理想I-V特性とから、燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性を演算し、終了する。
【００６７】
ここで、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いてＳ２１２段階における燃料電池スタック１９の温度（冷却水温度）に基づく補正係数ｋt[-]の算出方法について説明する。
【００６８】
予め実験などにより、図７（ａ）にあるように、燃料電池スタック１９の単体温度あるいは燃料電池スタック１９の冷却水温度と燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性との関係を求める。さらに、図７（ｂ）にあるように、該関係から燃料電池スタック１９の理想Ｉ-Ｖ特性に対する補正係数ｋt [-]を求める。
【００６９】
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いてＳ２１４段階における燃料電池スタック１９の総発電時間に基づく補正係数ｋk[-]の算出方法について説明する。
【００７０】
予め実験などにより、図８（ａ）にあるように、燃料電池スタック１９の総発電時間と燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性との関係を求める。さらに、図８（ｂ）にあるように、該関係から燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性に対する補正係数ｋk[-]を求める。
【００７１】
また、図９を用いてＳ２１５段階における燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性を推定する方法について説明する。
【００７２】
燃料電池スタック１９の理想Ｉ-Ｖ特性に対して、Ｓ２１２段階で算出した燃料電池スタック１９の温度（冷却水温度）に基づく補正係数ｋt[-]と、Ｓ２１４で算出した燃料電池スタック１９の総発電時間に基づく補正係数ｋk[-]と、燃料電池スタック１９の理想Ｉ-Ｖ特性における所定の取出し電流Ｃ[A]時のスタック電圧Ｖstack_ideal(C)から、(１３)式のようにして、燃料電池スタック１９のＩ-Ｖ特性Ｖstack_real(C)を推定する。
【数１３】
2006278153.tif 000016
【００７３】
また、上記したＩ-Ｖ特性の推定方法の他にも、燃料電池スタック１９の起動中にＩ-Ｖ特性を学習することにより、燃料電池スタックＩ-Ｖ特性を算出する方法などがある。
【００７４】
ここで、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を用いてＳ２２段階における酸化ガス供給装置３の目標供給流量を演算する方法について説明する。
【００７５】
燃料電池スタック１９の理想Ｉ-Ｖ特性と、（１３）式により算出されるＩ-Ｖ特性推定値との関係を図１０（ａ）に示す。また、各Ｉ-Ｖ特性において、アイドル発電量Ｇidle[kW]を発電した場合の燃料電池スタック１９の取り出し電流は、理想Ｉ-Ｖ特性時にはＣidle_ideal[A]、Ｉ-Ｖ特性推定値時にはＣidle_est[A]となる。さらに、図１０（ｂ）にあるように、アイドル運転時における酸化ガスの目標供給流量は、理想Ｉ-Ｖ特性時にはＱair_idle_ideal[A]、Ｉ-Ｖ特性推定値時にはＱair_idle_est[A]となる。
【００７６】
最後に、アイドル発電量Ｇidle[kW]を実現するために燃料電池スタック１９に供給する酸化ガスの目標供給流量Ｑair_idle[NL/min]は（１４）式に示すようにする。
【数１４】
2006278153.tif 000017
【００７７】
図１２のＳ３〜Ｓ６段階の演算方法については、第１の実施の形態と同様な方法を用い、アイドル復帰時における酸化ガス供給装置３のモータ消費電力Ｗair_idle’[kW]を算出する。
【００７８】
[効果]
以上説明したように、第２の実施の形態に係わる燃料電池システムでは、コントローラ１４が、燃料電池スタックの電流電圧特性を推定する電流電圧特性推定手段としての機能を更に備える。そして、流量算出手段（コントローラ１４）は、電流電圧特性推定手段が推定した電流電圧特性に基づいてアイドル運転を実現するために必要な流体（酸化ガス）の流量を補正する。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項１０の効果＞。
【００７９】
電流電圧特性推定手段（コントローラ１４）は、燃料電池スタック１９に関する温度に基づいて電流電圧特性を推定する。これにより、燃料電池スタック１９に関する温度に応じた燃料電池スタック１９の電流電圧特性を推定することができる＜請求項１１の効果＞。
【００８０】
電流電圧特性推定手段（コントローラ１４）は、燃料電池スタック１９の総発電時間から電流電圧特性を推定する。これにより、燃料電池スタック１９の劣化状態に応じた燃料電池スタック１９の電流電圧特性を推定することができる＜請求項１２の効果＞。
【００８１】
電流電圧特性は、燃料電池スタック１９から取り出される電流と電圧との関係から推定される。燃料電池スタック１９の電流電圧特性は、燃料電池システムの運転中の燃料電池スタック１９から取り出された電流と総電圧との関係を学習して推定しているので、燃料電池スタック１９の状態に応じた燃料電池スタック１９の電流電圧特性を推定することができる＜請求項１３の効果＞。
【００８２】
（第３の実施の形態）
[構成]
第３の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の例として燃料電池スタック１９へ酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置３を採用する。
【００８３】
なお、図１乃至図１０、図１２乃至図１５に関する説明は、第１及び第２の実施の形態と同様であるので省略する。
【００８４】
[作用]
概略の作用は、第１の実施の形態と同様である。
【００８５】
図１１を用いて、図１２のＳ５段階における酸化ガス供給装置３に要求するトルクの推定方法について説明する。
【００８６】
酸化ガス圧力センサ１０により燃料電池スタック１９のカソード入口における酸化ガスの圧力Ｐair_stack_in[kPa]を検出し、図１２のＳ１段階で検出した大気圧Ｐin_air[kPa]から、第１の実施の形態で説明した酸化ガス供給装置３の圧力比Prair[-]を、（１５）式のようにして算出する。
【数１５】
2006278153.tif 000018
【００８７】
さらに、予め実験などにより、酸化ガス供給装置３のモータ回転数Ｎair[rpm]と酸化ガス供給装置３の圧力比Prair[-]との関係から、第１の実施の形態で説明した酸化ガス供給装置３のモータ負荷RLair[Nm]を示す（４）式を求め、（１５）式と図１２のＳ４段階で算出したアイドル運転時における酸化ガス供給装置３の補正後のモータ目標回転数Ｎair_idle’[rpm]から、酸化ガス供給装置３のモータ負荷RLair[Nm]を算出する。
【００８８】
図１２のＳ３〜Ｓ６段階の演算方法については、第１及び第２の実施の形態と同様な方法を用い、アイドル復帰時における酸化ガス供給装置３のモータ消費電力Ｗair_idle’[kW]を算出する。
【００８９】
（第４の実施の形態）
[構成]
第４の実施の形態では、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の他の例として、燃料電池スタック１９に供給する酸化ガスを加湿するための純水を供給する純水供給装置７を採用する。
【００９０】
なお、図１乃至図３、図１２に関する説明は、第１の実施の形態と同様であるので省略する。
【００９１】
[作用]
概略の作用は、第１の実施の形態と同様である。本発明の第４の実施形態では、燃料電池システムが燃料電池スタック１９を主電源とする車両に搭載されている。そして、車両の状態が所定のアイドル状態と判断された場合に、アイドル停止手段は、純水供給装置７を停止して、燃料電池スタック１９の発電を停止して「アイドル停止状態」とする。
【００９２】
図１６を用いて、図１２のＳ２段階における純水供給装置７の目標供給流量の演算方法について説明する。図１６に示すように、予め実験などにより、燃料電池スタック１９に供給する酸化ガス流量と酸化ガスを加湿するための純水流量との関係を求める。なお、第１の実施の形態で説明したアイドル運転時における酸化ガスの目標供給流量Ｑair_idle[L/min]を加湿するための加湿用純水の目標供給流量をＱpwr_idle[L/min]とする。
【００９３】
次に、図１６を用いて、図１２のＳ３段階における純水供給装置７の目標供給流量の補正方法の一例について説明する。予め実験などにより、燃料電池スタック１９に供給する酸化ガス流量と酸化ガスを加湿するための純水流量との関係を求める。なお、第１の実施の形態で説明したアイドル運転時における酸化ガスの補正後の目標供給流量Ｑair_idle’[L/min]を加湿するためのアイドル運転時目標加湿用純水供給補正流量をＱpwr_idle’[L/min]とする。
【００９４】
また、ここで説明したアイドル運転時における純水供給装置７の補正後の目標流量を演算する方法以外にも、例えば、温度センサ１７により検出された、酸化ガス供給装置３が吸入する酸化ガスの温度から、吸入酸化ガスの水蒸気分圧を推定して、該水蒸気分圧推定値に基づいてアイドル運転時における純水供給装置７の目標供給流量を補正する方法などがある。
【００９５】
ここで、図１７を用いて図１２のＳ４段階における純水供給装置７のモータ回転数を演算する方法について説明する。
【００９６】
予め実験などにより、純水供給装置７のモータ回転数と加湿用純水の供給流量及び大気圧との関係を求める。当該関係から、大気圧が１気圧時である時に補正後の供給流量Ｑpwr_idle’[L/min] を供給する場合の純水供給装置７のモータ回転数Ｎpwr_idle[rpm]と、図１２のＳ１段階で検出した大気圧がＰin_air[kPa]である時の加湿用純水の補正後の供給流量Ｑpwr_idle’[L/min]を供給する場合の純水供給装置７の補正後のモータ回転数Ｎpwr_idle’[rpm]を算出する。
【００９７】
ここで、図１２のＳ５段階における純水供給装置７のモータに要求するトルクを推定する方法について説明する。
【００９８】
アイドル運転時における純水供給装置７の補正後のモータ回転数Ｎpwr_idle’[rpm]を、通常のアイドル復帰時間ｔpwr_idle[sec]で出力させる場合に要する純水供給装置７のモータ要求トルクをTrpwr_idle’[Nm]とし、純水供給装置７のモータにかかる負荷をRLpwr[Nm]、純水供給装置７のモータのイナーシャをＩpwr[kg・m^2]とする。また、純水供給装置７のモータ負荷RLpwr [Nm]は、モータ回転数Ｎpwr [rpm]と純水供給装置７の圧力比Prpwr [-]の関数であることから、（１６）式のように示すことができる。
【数１６】
2006278153.tif 000019
【００９９】
また、アイドル運転時における純水供給装置７の補正後のモータ回転数Ｎpwr_idle’[rpm]をモータ角速度ωpwr_idle’[rad/sec]に換算すると、（１７）式に示すようになる。
【数１７】
2006278153.tif 000020
【０１００】
さらに、純水供給装置７のモータ要求トルクの推定値Trpwr_idle’[Nm]は、（１８）式のように示すことができる。
【数１８】
2006278153.tif 000021
【０１０１】
さらに、モータ角速度ωpwr_idle’[rad/sec]は、（１９）式のように示すことができる。
【数１９】
2006278153.tif 000022
【０１０２】
（１７）式と（１９）式をまとめると、（２０）式のようになる。
【数２０】
2006278153.tif 000023
【０１０３】
さらに、（２０）式を展開すると、Trpwr_idle’＝ktとして、（２１−１）式及び（２１−２）式のようになる。
【数２１】
2006278153.tif 000024
【０１０４】
したがって、アイドル運転時における純水供給装置７の補正後のモータ回転数Ｎpwr_idle’[rpm]を出力させる場合の純水供給装置７のモータ要求トルクTrpwr_idle’[Nm]は（２１−２）式のｋとなることから、通常アイドル復帰時間ｔpwr_idle [sec]で該要求トルクを出力させた場合の要求トルク変化量△Trpwr_idle’[Nm/sec]は、（２２）式のようになる。
【数２２】
2006278153.tif 000025
【０１０５】
最後に、図１８を用いて図１２のＳ６段階における純水供給装置７のモータ消費電力を演算する方法について説明する。
【０１０６】
予め実験などにより、純水供給装置７モータの回転数とトルクとモータ損失分との関係を求める。アイドル運転時における純水供給装置７の補正後のモータ回転数がＮpwr_idle’[rpm]であって、純水供給装置７のモータ要求トルクの推定値がTrpwr_idle’[Nm]である時、純水供給装置７のモータ損失分Losspwr_idle’[kW]は（２３）式のように示すことができる。
【数２３】
2006278153.tif 000026
【０１０７】
アイドル復帰時における純水供給装置７のモータ消費電力Ｗpwr_idle’[kW]は（２４）式のように示すことができる。
【数２４】
2006278153.tif 000027
【０１０８】
[効果]
以上説明したように、第４の実施の形態に係わる燃料電池システムにおいて、流体供給装置は、燃料電池スタック１９に供給する酸化ガスを加湿するための水を供給する加湿水供給装置（純水供給装置７）である。そして、流量算出手段は、アイドル運転を実現するために必要な水の流量を算出する加湿水流量算出手段であり、モータ回転数算出手段は、加湿水流量算出手段が算出した水の流量を実現するために必要な加湿水供給装置のモータ回転数を算出する。これにより、精度の高い加湿水供給装置（純水供給装置７）のモータの消費電力を得ることができる＜請求項６の効果＞。
【０１０９】
燃料電池システムは、大気圧に基づいて、加湿水供給装置が吸入する水の圧力を推定する吸入加湿水圧力推定手段と、加湿水供給装置が吐出する水の圧力を検出する吐出加湿水圧力検出手段（圧力センサ５０）とを更に備える。そして、トルク推定手段は、吸入加湿水圧力推定手段が推定した圧力と吐出加湿水圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、圧力比に基づいてトルクを補正する。即ち、該圧力比に応じて、所定アイドル復帰時間で補正後のモータ回転数の指令値を実現するために加湿用純水供給装置モータに要求するトルクを推定し、補正後のモータ回転数と要求トルクから加湿水供給装置のモータの消費電力を推定する。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項７の効果＞。
【０１１０】
（第５の実施の形態）
[構成]
第５の実施の形態では、第４の実施の形態と同様に、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の他の例として、燃料電池スタック１９に供給する酸化ガスを加湿するための純水を供給する純水供給装置７を採用する。
【０１１１】
なお、図１〜図３、図１１、図１２、図１６〜図１８に関する説明は、第１及び第４の実施の形態と同様であるので省略する。
【０１１２】
[作用]
概略の作用は、第４の実施の形態と同様である。
【０１１３】
図１２のＳ５段階における純水供給装置７の要求トルクを推定する方法について、図１９を用いて説明する。
【０１１４】
まず、純水供給装置７が吸入する純水の圧力Ｐpwr_in [kPa]を求める。純水の密度をρpwr [kg/m^3]とし、純水リザーバタンク３９から純水供給装置７までの水位をｈpwr [m]とする。例えば、純水リザーバタンク３９内に水位センサなどを取り付けて測定する。図１２のＳ１段階で検出した大気圧Ｐin_air [kPa]から、純水供給装置７の吸入純水圧力Ｐpwr_in [kPa]は、（２５）式のようにして算出することができる。ただし、ｇは重力加速度[m/s^2]を示す。
【数２５】
2006278153.tif 000028
【０１１５】
さらに、純水供給装置７の純水圧力を検出する圧力センサ５０により純水供給装置７が吐出する純水の圧力Ｐpwr_out [kPa]を検出し、（２５）式により算出した吸入純水圧力Ｐpwr_in [kPa]から、第４の実施の形態で説明した純水供給装置７の圧力比Prpwr [-]を、（２６）式のようにして算出する。
【数２６】
2006278153.tif 000029
【０１１６】
さらに、予め実験などにより、純水供給装置７のモータ回転数Ｎpwr [rpm]と純水供給装置７の圧力比Prpwr [-]との関係から、第４の実施の形態で説明した純水供給装置７のモータ負荷RLpwr [Nm]を示す（１６）式を求め、（２６）式と図１２のＳ４段階で算出したアイドル運転時における純水供給装置７の補正後のモータ回転数Ｎpwr_idle’[rpm]から、純水供給装置７のモータ負荷RLpwr [Nm]を算出する。
【０１１７】
図１２のＳ３〜Ｓ６段階の演算方法については、第１及び第４の実施の形態と同様な方法を用い、アイドル復帰時における純水供給装置７のモータ消費電力Ｗpwr_idle’[kW]を算出する。
【０１１８】
（第６の実施の形態）
[構成]
第６の実施の形態では、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の更に他の例として、燃料電池スタック１９を冷却するための冷却液（冷却水）を供給する冷却液供給装置（冷却水供給装置）３７を採用する。
【０１１９】
なお、図１乃至図３、図１２に関する説明は、第１の実施の形態と同様であるので省略する。
【０１２０】
[作用]
概略の作用は、第４の実施の形態と同様である。本発明の第６の実施形態では、燃料電池システムが燃料電池スタック１９を主電源とする車両に搭載されている。そして、車両の状態が所定のアイドル状態と判断された場合に、アイドル停止手段は、冷却水供給装置３７を停止、あるいは極低負荷運転として、燃料電池スタック１９の発電を停止して「アイドル停止状態」とする。
【０１２１】
図２０を用いて、図１２のＳ２段階におけるアイドル運転時の冷却水供給装置３７の目標供給流量を演算する方法について説明する。予め実験などにより、燃料電池スタック１９の発電量と燃料電池スタック１９を冷却するための冷却水流量との関係を求める。また、第１の実施の形態で説明した燃料電池スタック１９がアイドル発電量Ｇidle [kW]を発電している時の冷却水の供給流量をＱstack_llc_idle [l/min]とする。
【０１２２】
次に、図２０を用いて図１２のＳ３段階におけるアイドル運転時の冷却水供給装置３７の供給流量を補正する方法の一例について説明する。例えば、大気圧の低下などにより、アイドル運転時のＰＰシステム補機装置の動作点が増量補正され、その結果、ＰＰシステム補機装置の消費電力が増加し、燃料電池スタック１９で発電する必要があるアイドル発電量がＧidle’[kW]に増加した場合に、アイドル運転時における冷却水の補正後の供給流量はＱstack_llc_idle’[L/min]となる。
【０１２３】
ここで、図２１を用いて図１２のＳ４段階における冷却水供給装置３７のモータ回転数の演算方法について説明する。予め実験などにより、冷却水供給装置３７のモータ回転数と冷却水の供給流量及び大気圧との関係を求める。当該関係から、大気圧が１気圧である時に冷却水の補正後の供給流量Ｑstack_llc_idle’[L/min] を供給する場合のモータ回転数Ｎstack_llc_idle [rpm]と、図１２のＳ１段階で検出した大気圧がＰin_air [kPa]である時に冷却水の補正後の供給流量Ｑstack_llc_idle’[L/min]を供給する場合の補正後のモータ回転数Ｎstack_llc_idle’[rpm]を算出する。
【０１２４】
ここで、図１２のＳ５段階における冷却水供給装置３７のモータ要求トルクを推定する方法について説明する。
【０１２５】
冷却水供給装置３７の補正後のモータ回転数Ｎstack_llc_idle’[rpm]を通常のアイドル復帰時間ｔstack_llc_idle [sec]で出力させる場合に要する冷却水供給装置３７のモータ要求トルクをTrstack_llc_idle’ [Nm]とし、冷却水供給装置３７のモータにかかる負荷をRLstack_llc [Nm]、冷却水供給装置３７のモータのイナーシャをＩstack_llc [kg・m^2]とする。また、冷却水供給装置３７のモータ負荷RLstack_llc [Nm]は、モータ回転数Ｎstack_llc [rpm]と冷却水供給装置３７の圧力比Prstack_llc [-]の関数であることから、（２７）式のように示すことができる。
【数２７】
2006278153.tif 000030
【０１２６】
また、冷却水供給装置３７の補正後のモータ回転数Ｎstack_llc_idle’[rpm]をモータ角速度ωstack_llc_idle’ [rad/sec]に換算すると、（２８）式に示すようになる。
【数２８】
2006278153.tif 000031
【０１２７】
さらに、冷却水供給装置３７のモータ要求トルクの推定値Trstack_llc_idle’[Nm]は、（２９）式のように示すことができる。
【数２９】
2006278153.tif 000032
【０１２８】
さらに、モータ角速度ωstack_llc_idle’ [rad/sec]は、（３０）式のように示すことができる。
【数３０】
2006278153.tif 000033
【０１２９】
（２８）式と（３０）式をまとめると、（３１）式のようになる。
【数３１】
2006278153.tif 000034
【０１３０】
さらに、（３１）式の右辺を展開すると、Trstack_llc_idle’＝ktとして、（３２−１）式及び（３２−２）式になる。
【数３２】
2006278153.tif 000035
【０１３１】
したがって、冷却水供給装置３７の補正後のモータ回転数Ｎstack_llc_idle’[rpm]を出力させる場合のモータ要求トルクTrstack_llc_idle’[Nm]は（３２−２）式のｋとなることから、通常のアイドル復帰時間ｔstack_llc_idle [sec]で当該要求トルクを出力させた場合の要求トルクの変化量△Trstack_llc_idle’[Nm/sec]は、（３３）式のようになる。
【数３３】
2006278153.tif 000036
【０１３２】
最後に、図２２を用いて図１２のＳ６段階における冷却水供給装置３７のモータ消費電力を演算する方法について説明する。
【０１３３】
予め実験などにより、冷却水供給装置３７のモータ回転数とトルクとモータ損失分との関係を求める。アイドル運転時における冷却水供給装置３７の補正後のモータ回転数がＮstack_llc_idle’[rpm]であって、冷却水供給装置３７のモータ要求トルクの推定値がTrstack_llc_idle’[Nm]である時、冷却水供給装置３７のモータ損失分Lossstack_llc_idle’[kW]は（３４）式のように示すことができる。
【数３４】
2006278153.tif 000037
【０１３４】
アイドル復帰時における冷却水供給装置３７のモータ消費電力Ｗstack_llc_idle’[kW]は（３５）式のように示すことができる。
【数３５】
2006278153.tif 000038
【０１３５】
[効果]
以上説明したように、第６の実施の形態に係わる燃料電池システムにおいて、流体供給装置は、燃料電池スタック１９を冷却するための冷却液（冷却水）を供給する冷却液供給装置（冷却水供給装置３７）である。そして、流量算出手段（コントローラ１４）は、アイドル運転を実現するために必要な冷却液の流量を算出する冷却液流量算出手段であり、モータ回転数算出手段は、冷却液流量算出手段が算出した冷却液の流量を実現するために必要な前記冷却液供給装置のモータ回転数を算出する。即ち、大気圧に基づき、燃料電池スタックを冷却する冷却液の目標流量を実現する冷却液供給装置のモータ回転数を補正し、補正後のモータ回転数に基づき消費電力を推定する。これにより、精度の高い該復帰時間を得ることができる＜請求項８の効果＞。
【０１３６】
燃料電池システムは、大気圧に基づいて、冷却液供給装置が吸入する冷却液の圧力を推定する吸入冷却液圧力推定手段と、冷却液供給装置が吐出する冷却液の圧力を検出する吐出冷却液圧力検出手段（圧力センサ５１）とを更に備える。そして、トルク推定手段は、吸入冷却液圧力推定手段が推定した圧力と吐出冷却液圧力検出手段が検出した圧力との圧力比を算出し、圧力比に基づいてトルクを補正する。即ち、該圧力比に応じて、所定アイドル復帰時間で補正後のモータ回転数の指令値を実現するために冷却水供給装置のモータに要求するトルクを推定し、補正後のモータ回転数と該要求トルクから冷却水供給装置のモータの消費電力を推定する。これにより、精度の高い消費電力を得ることができる＜請求項９の効果＞。
【０１３７】
（第７の実施の形態）
[構成]
第７の実施の形態では、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」の更に他の例として、燃料電池スタック１９を冷却するための冷却液（冷却水）を供給する冷却液供給装置（冷却水供給装置）３７を採用する。
【０１３８】
なお、図１乃至図３、図１２、図２０〜図２２に関する説明は、第１及び第６の実施の形態と同様であるので省略する。
【０１３９】
[作用]
概略の作用は、第６の実施の形態と同様である。
【０１４０】
図２３を用いて、図１２のＳ５段階における冷却水供給装置３７の要求トルクを推定する方法について説明する。
【０１４１】
まず、冷却水供給装置３７が吸入する冷却水の圧力Ｐstack_llc_in [kPa]を求める。冷却水の密度をρstack_llc [kg/m^3]とし、冷却水リザーバタンク４０から冷却水供給装置３７までの水位をｈstack_llc [m]とする。水位ｈstack_llc [m]は、例えば、冷却水リザーバタンク４０内に水位センサなどを取り付けて測定する。図１２のＳ１段階で検出した大気圧水位をＰin_air [kPa]から、冷却水供給装置３７の吸入冷却水圧力Ｐstack_llc_in [kPa]は、（３３）式のようにして算出することができる。ただし、重力加速度をｇ[m/s^2]とする。
【数３６】
2006278153.tif 000039
【０１４２】
さらに、冷却水供給装置３７の冷却水圧力を検出する圧力センサ５１により冷却水供給装置３７が吐出する冷却水の圧力Ｐstack_llc_out [kPa]を検出する。（３６）式により算出した吸入冷却水圧力Ｐstack_llc_in [kPa]から、第６の実施の形態で説明した冷却水供給装置３７の圧力比Prstack_llc [-]を、（３７）式のようにして算出する。
【数３７】
2006278153.tif 000040
【０１４３】
さらに、予め実験などにより、冷却水供給装置３７のモータ回転数Ｎstack_llc [rpm]と冷却水供給装置３７の圧力比Prstack_llc [-]との関係から、第６の実施の形態で説明した冷却水供給装置３７のモータ負荷RLstack_llc [Nm]を示す（２５）式を求める。（３３）式と図１２のＳ４段階で算出した冷却水供給装置３７の補正後のモータ回転数Ｎstack_llc_idle’[rpm]から、冷却水供給装置３７のモータ負荷RLstack_llc [Nm]を算出する。
【０１４４】
図１２のＳ３〜Ｓ６段階の演算方法については、第１及び第４の実施の形態と同様な方法を用い、アイドル復帰時における冷却水供給装置３７のモータ消費電力Ｗpwr_idle’[kW]を算出する。
【０１４５】
（第８の実施の形態）
[構成]
第８の実施の形態では、「流体供給装置（ＰＰシステム補機装置）」として、酸化ガス供給装置３、純水供給装置７、及び冷却水供給装置３７を採用する。
【０１４６】
なお、図１乃至図２３に関する説明は、第１乃至第７の実施の形態と同様であるので省略する。
【０１４７】
[作用]
概略の作用は、第１乃至第７の実施の形態と同様である。
【０１４８】
図１２のＳ６段階におけるアイドル復帰時における燃料電池システムの補機の消費電力を推定する方法について説明する。第１の実施の形態で説明した酸化ガス供給装置３のモータ消費電力Ｗair _idle’[kW]、及び、第４の実施の形態で説明した純水供給装置７のモータ消費電力Ｗpwr_idle’[kW]、及び第６の実施の形態で説明した冷却水供給装置３７のモータ消費電力Ｗstack_llc_idle’[kW]から、アイドル復帰時間における燃料電池システムの補機装置のモータ消費電力ＷPPsystem_ idle’[kW]は、（３８）式により求められる。
【数３８】
2006278153.tif 000041
【０１４９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１乃至第８の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施形態の基本構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係わるＰＰシステムとしての燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】図２の燃料電池システムを更に詳細に示すブロック図である。
【図４】燃料電池スタックの発電量と酸化ガスの供給流量との関係を示すグラフである。
【図５】酸化ガスの供給流量と酸化ガス供給装置のモータ回転数との関係を示すグラフである。
【図６】酸化ガス供給装置のモータ回転数補正と要求トルクと消費電力の関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）は燃料電池スタックの温度（冷却水温度）と燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性との関係を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの温度（冷却水温度）と燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性の補正係数との関係を示す。
【図８】（ａ）は燃料電池スタックの総発電時間と燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性との関係を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの総発電時間に基づく燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性補正係数を示す。
【図９】燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性を推定する方法を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は燃料電池スタックの理想ＩＶ特性とＩＶ特性推定値及びアイドル発電量との関係を示すグラフであり、（ｂ）はＩＶ特性推定値と酸化ガス供給流量との関係を示すグラフである。
【図１１】酸化ガス供給装置の圧力比と運転負荷との関係を示すグラフである。
【図１２】燃料電池システムの制御方法の全体を示すフローチャートである。
【図１３】アイドル運転時における酸化ガス供給装置の目標流量を補正する方法を示すフロチャートである。
【図１４】燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性推定値を考慮してアイドル運転時の酸化ガス供給装置の供給流量を演算する方法を示すフロチャートである。
【図１５】燃料電池スタックのＩ-Ｖ特性を推定する方法を示すフロチャートである。
【図１６】酸化ガスの供給流量と加湿用純水の供給流量との関係を示すグラフである。
【図１７】加湿用純水の供給流量と純水供給装置のモータ回転数との関係を示すグラフである。
【図１８】純水供給装置のモータ回転数補正と要求トルクと消費電力の関係を示すグラフである。
【図１９】純水供給装置の圧力比と運転負荷との関係を示すグラフである。
【図２０】燃料電池スタックの発電量と冷却水の供給流量との関係を示すグラフである。
【図２１】冷却水の供給流量と冷却水供給装置のモータ回転数との関係を示すグラフである。
【図２２】冷却水供給装置のモータ回転数補正と要求トルクと消費電力の関係を示すグラフである。
【図２３】冷却水供給装置の圧力比と運転負荷との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５１】
２…加湿器
３…酸化ガス供給装置
４…可変バルブ
５…スロットル
６…パージ弁
７…純水供給装置
８…イジェクタ
９…駆動ユニット
１０…酸化ガス圧力センサ
１１…水素圧力センサ
１２…酸化ガス流量センサ
１３…水素流量センサ
１４…コントローラ
１５…セル電圧検出装置
１６…大気圧センサ
１７…温度センサ
１８…高圧水素タンク
１９…燃料電池スタック（燃料電池）
３２…純水ラジエタ
３３…ラジエタファン
３４ａ、３４ｂ、３８ａ、３８ｂ…三方弁
３５…冷却水ラジエタ
３６…ラジエタファン
３７…冷却水供給装置
３９…純水リザーバタンク
４０…冷却水リザーバタンク
５０、５１…圧力センサ
６１…大気圧検出手段
６２…ＰＰシステム補機装置制御手段（アイドル停止手段）
６４…消費電力推定手段
【図１】
2006278153.tif 000042
【図２】
2006278153.tif 000043
【図３】
2006278153.tif 000044
【図４】
2006278153.tif 000045
【図５】
2006278153.tif 000046
【図６】
2006278153.tif 000047
【図７】
2006278153.tif 000048
【図８】
2006278153.tif 000049
【図９】
2006278153.tif 000050
【図１０】
2006278153.tif 000051
【図１１】
2006278153.tif 000052
【図１２】
2006278153.tif 000053
【図１３】
2006278153.tif 000054
【図１４】
2006278153.tif 000055
【図１５】
2006278153.tif 000056
【図１６】
2006278153.tif 000057
【図１７】
2006278153.tif 000058
【図１８】
2006278153.tif 000059
【図１９】
2006278153.tif 000060
【図２０】
2006278153.tif 000061
【図２１】
2006278153.tif 000062
【図２２】
2006278153.tif 000063
【図２３】
2006278153.tif 000064