(57)【要約】【課題】  補機動作を制限した場合や補機動作の遅れに起因する燃料電池のガス欠を防止する。【解決手段】  燃料電池２０と、燃料電池２０の発電に寄与するエアコンプレッサや水素ポンプ等の補機４０，６３，５２，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４とを備えた燃料電池システム１０であって、補機４０，…，Ｍ４の温度に応じて燃料電池２０の出力を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、各補機４０，…，Ｍ４の温度に応じて各補機４０，…，Ｍ４の動作遅れを推定し、推定した動作遅れに基づき燃料電池２０の出力値を補正する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、燃料電池の発電に寄与する補機とを備えた燃料電池システムであって、
補機の温度に応じて燃料電池の出力を制御する制御装置を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、補機温度に応じて補機の動作遅れを推定し、推定した動作遅れに基づいて燃料電池の出力値を補正する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記補機は、燃料電池に反応ガスを供給する装置であり、
前記制御装置は、前記補機の制御量を補機温度に基づいて補正する請求項１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し、特に、補機動作を制限した場合や補機動作の遅れに起因する燃料電池のガス欠防止に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスの酸化還元反応による化学エネルギーを電気エネルギーとして直接取り出すことのできる燃料電池システムおよび該燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の開発が進められている。この種燃料電池車両においては、走行に必要な運転パワーに加えて、燃料電池の発電に寄与するエアコンプレッサやインバータ等の補機を動作させるための動作パワーも必要である。このため、補機消費電力を考慮して燃料電池の出力を決定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３０２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、補機の温度が上昇した場合には、補機保護のために補機動作を制限したり、補機動作に遅れが生じる。このため、補機温度上昇時には、システム要求出力に対する燃料電池への反応ガス供給が不足し、燃料電池電極上でガス欠状態となるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、補機動作を制限した場合や補機動作の遅れに起因する燃料電池のガス欠を有効に防止することが可能な燃料電池システムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃料電池と、燃料電池の発電に寄与する補機とを備えた燃料電池システムであって、補機の温度に応じて燃料電池の出力を制御する制御装置を備える。
【０００６】
このような構成によれば、補機の動作制限や動作遅れの原因となる補機温度に応じて燃料電池の出力が制御されるので、要求出力に対する燃料電池への反応ガス供給がより適正に行われる。
【０００７】
前記制御装置は、補機温度に応じて補機の動作遅れを推定し、推定した動作遅れに基づいて燃料電池の出力値を補正する構成であってもよい。
【０００８】
このような構成によれば、動作遅れが推定された際には、例えば補機の動作量を増大させることによって動作遅れを有効に防止することが可能となるので、要求出力に対する燃料電池への反応ガス供給がより適正に行われる。
【０００９】
前記補機は燃料電池に反応ガスを供給する装置であり、前記制御装置は前記補機の制御量を補機温度に基づいて補正する構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、補機の過熱を防止するために補機動作を制限した場合においては、かかる制限を考慮して燃料電池の出力を制限し得て、補機動作を制限したことによる燃料電池のガス欠防止が可能となる。また、補機の温度上昇による補機動作の遅れを考慮して燃料電池の出力値を補正するため、補機動作の遅れによる燃料電池のガス欠防止が可能となり、応答性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の燃料電池システムの一実施の形態を示す概略構成図である。ここでは、燃料電池システム１０を燃料電池車両の車載発電システムとして用いた例を示すが、これに限らず、本発明の燃料電池システムは定置用発電システムとしても用いることができる。燃料電池２０は複数の単セルを直列に積層して成るスタック構造を備えており、例えば、固体高分子電解質型燃料電池等から構成されている。
【００１２】
燃料電池２０の燃料ガス供給系には、燃料ガス供給源３０、燃料ガス供給路３１、及び燃料ガス循環路３２が配設されている。ここで、燃料ガス供給系とは、燃料ガス供給源３０から燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給する経路上に配設されたガス配管やバルブ等を総称するものであり、例えば、燃料ガス供給源３０と、燃料ガス供給源３０と燃料電池２０とを接続する燃料ガス供給路３１と、燃料ガス供給路３１に設けられた開閉弁やレギュレータ等を含む構成である。また、燃料電池２０から排出される燃料ガスを燃料ガス供給路３１に循環させるシステム構成を採用する場合には、燃料ガス供給系は、更に燃料ガス循環路３２を含む構成であってもよい。
【００１３】
燃料ガス供給源３０は、例えば、高圧水素タンク又は水素貯蔵タンク等の水素貯蔵源、或いは改質原料を水素リッチガスに改質する改質器等によって構成される。
【００１４】
燃料ガス供給路３１は燃料ガス供給源３０から放出される燃料ガスを燃料電池２０のアノード極に導くためのガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブＨ２０１、高圧レギュレータＨ９、低圧レギュレータＨ１０、水素供給バルブＨ２００、及びＦＣスタック入口バルブＨ２１が各々配設されている。高圧に圧縮された燃料ガスは高圧レギュレータＨ９にて中圧に減圧され、更に低圧レギュレータＨ１０にて低圧（通常運転圧力）に減圧される。
【００１５】
燃料ガス循環路３２は未反応燃料ガスを燃料電池２０に還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてＦＣスタック出口バルブＨ２２、気液分離器（図示略）及びこれに付随するドレンバルブ（図示略）、水素ポンプ６３、及び逆止弁Ｈ５２が各々配設されている。燃料電池２０から排出された低圧の未反応燃料ガスは水素ポンプ６３によって適度に加圧され、燃料ガス供給路３１に導かれる。逆止弁Ｈ５２は燃料ガス供給路３１から燃料ガス循環路３２への燃料ガスの逆流を抑制する。
【００１６】
アノードオフガス流路３３は燃料電池２０から排出された水素オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路にはパージバルブＨ５１が配設されている。
【００１７】
上述したタンクバルブＨ２０１、水素供給バルブＨ２００、ＦＣスタック入口バルブＨ２１、ＦＣスタック出口バルブＨ２２、及びパージバルブＨ５１は各ガス流路３１〜３３又は燃料電池２０へ燃料ガスを供給し、或いは遮断するためのシャットバルブであり、例えば、電磁弁によって構成されている。
【００１８】
タンクバルブＨ２０１〜高圧レギュレータＨ９の区間、高圧レギュレータＨ９〜低圧レギュレータＨ１０の区間、低圧レギュレータＨ１０〜ＦＣスタック入口バルブＨ２１の区間、スタック入口バルブＨ２１〜ＦＣスタック出口バルブＨ２２の区間、及びＦＣスタック出口バルブＨ２２〜逆止弁Ｈ５２の区間の各部には、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサＰ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ６１，Ｐ５，Ｐ１０，Ｐ１１が配設されている。
【００１９】
燃料電池２０の酸化ガス供給系には、エアコンプレッサ（補機）４０、酸化ガス供給路４１、及びカソードオフガス流路４２が配設されている。エアコンプレッサ４０はエアフィルタ６１を介して外気から取り込んだ空気を圧縮し、その圧縮エアを酸化ガスとして燃料電池２０のカソード極に供給する。燃料電池２０の電池反応に供した後の酸素オフガスはカソードオフガス流路４２を流れてシステム外に排気される。
【００２０】
酸素オフガスは燃料電池２０での電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態になっている。加湿モジュール６２は酸化ガス供給路４１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路４２を流れる高湿潤状態の酸素オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２０に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
【００２１】
燃料電池２０に供給される酸化ガスの背圧はカソードオフガス流路４２のカソード出口付近に配設された圧力調整弁Ａ４によって調圧される。カソードオフガス流路４２の下流はアノードオフガス流路３３の下流と連通しており、水素オフガスは酸素オフガスによって混合希釈された上でシステム外に排気される。
【００２２】
燃料電池システム１０は、燃料電池２０を冷却するための冷却系（図示略）を更に備えている。この冷却系は、冷却水路、冷却ポンプ、ラジエータ、ファン、燃料電池出口側温度センサ、及び燃料電池入口側温度センサを備え、冷却水が燃料電池２０の内部に循環供給されるようになっている。
【００２３】
燃料電池２０で発電された直流電力の一部はＤＣ／ＤＣコンバータ５３によって降圧され、二次電池５４に充電される。二次電池５４は車両走行時における余剰エネルギー及び車両制動時における回生エネルギーの貯蔵源、車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとしての役割を担うものであり、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等で構成されている。
【００２４】
トラクションインバータ５１はパワースイッチ素子を主要回路素子として構成され、燃料電池２０と二次電池５４のいずれか一方から供給される直流電流を、例えば三相交流電流に交換し、三相同期電動機構成のトラクションモータＭ３を駆動する。このとき、三相交流の周波数を制御することによってモータ回転数（車速）を制御する。また、減速時などにおいてトラクションモータＭ３が発電機として機能する場合には回生制御によってトラクションモータＭ３に生じる出力電流を二次電池５４側に供給する。トラクションインバータ５１の動作は制御部５０によって制御される。
【００２５】
補機インバータ（補機）５２は補機モータ（補機）Ｍ４を駆動するインバータであり、水素ポンプ（補機）６３を駆動する水素ポンプ・インバータ（補機）と、エアコンプレッサ４０を駆動するエアコンプレッサ・インバータ（補機）とを総称している。これらエアコンプレッサ・インバータと水素ポンプ・インバータは、それぞれエアコンプレッサ・インバータ・ファンＣ１と水素ポンプ・インバータ・ファンＣ２とによって冷却可能とされている。
【００２６】
制御部（制御装置）５０はアクセルセンサ５５が検出したアクセル開度、車速センサ５６が検出した車速等に基づいてシステム要求電力（車両走行電力と補機電力との総和）を求め、このシステム要求電力を燃料電池２０と二次電池５４とに電力分配した上で、燃料電池２０の出力電力が目標電力に一致するように燃料電池システム１０を制御する。具体的には、補機インバータ５２を制御することによって、エアコンプレッサ４０を駆動するモータＭ１の回転数を調整して酸化ガス供給量を調整するとともに、水素ポンプ６３を駆動するモータＭ２の回転数を調整して燃料ガス供給量を調整する。
【００２７】
さらに、制御部５０は、エアコンプレッサ４０、水素ポンプ６３、補機インバータ５２、及び補機モータＭ４等（以下、これらを含む燃料電池２０に反応ガスを供給する装置を総称して単に「補機」ということがある。）の補機温度に応じて、燃料電池２０の出力を制御する。例えば、これら補機温度に応じてエアコンプレッサ４０等補機の動作遅れを推定し、推定した動作遅れに基づき補機動作量を調整して燃料電池２０の出力値を補正する。ただし、その補正は、燃料電池２０や二次電池５４、エアコンプレッサ４０等の補機を保護するために設定された燃料電池２０の出力制限値の範囲内で行われる。
【００２８】
図２〜図５は、制御部５０が実行する燃料電池２０の出力制御処理の要部を記述したフローチャートである。制御部５０は、エアコンプレッサ温度Ｔa1（ステップＳ１）、エアコンプレッサ４０を駆動するモータＭ１のコイル温度Ｔac（ステップＳ３）、同モータＭ１のステータ温度Ｔas（ステップＳ５）、エアコンプレッサ・インバータ温度Ｔai（ステップＳ７）、水素ポンプ温度Ｔh1（ステップＳ９）、水素ポンプ６３を駆動するモータＭ２のコイル温度Ｔhc（ステップＳ１１）、同モータＭ２のステータ温度Ｔhs（ステップＳ１３）、及び水素ポンプ・インバータ温度Ｔhi（ステップＳ１５）を読み込み、これらをメモリ等の記憶手段に保存する。
【００２９】
なお、エアコンプレッサ温度Ｔa1や水素ポンプ温度Ｔh1は、それらの回転部あるいはモータ部の外壁部の検出温度である。モータＭ１のコイル温度Ｔac及びステータ温度Ｔas、モータＭ２のコイル温度Ｔhc及びステータ温度Ｔhsは、各コイル及び各ステータのそれぞれに直接埋め込まれたセンサにて検出された温度である。エアコンプレッサ・インバータ温度Ｔai及び水素ポンプ・インバータ温度Ｔhiは、インバータ素子が設けられている基板の温度である。
【００３０】
ステップＳ１７では、「エアコンプレッサ・インバータ温度Ｔai≧所定温度Ｔai１」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）はステップＳ１９に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）はステップＳ２１に進む。
【００３１】
ステップＳ１９では、エアコンプレッサ４０の動作制限や動作遅れの発生を未然に回避すべく、エアコンプレッサ・インバータ・ファンＣ１をＯＮにし、エアコンプレッサ・インバータを冷却する。一方、ステップＳ２１では、エアコンプレッサ・インバータ・ファンＣ１をＯＦＦにする。
【００３２】
ステップＳ２３では、「水素ポンプ・インバータ温度Ｔhi≧所定温度Ｔhi１」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）はステップＳ２５に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ２３：ＮＯ）はステップＳ２７に進む。
【００３３】
ステップＳ２５では、水素ポンプ６３の動作制限や動作遅れの発生を未然に回避すべく、水素ポンプ・インバータ・ファンＣ２をＯＮにし、水素ポンプ・インバータを冷却する。一方、ステップＳ２７では、水素ポンプ・インバータ・ファンＣ２をＯＦＦにする。
【００３４】
ステップＳ２９では、「エアコンプレッサ・インバータ温度Ｔai≧所定温度Ｔai２」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）はステップＳ３１に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ２９：ＮＯ）はステップＳ３１をスキップし、ステップＳ３３に進む。
【００３５】
ステップＳ３１は、エアコンプレッサ・インバータの温度からその動作に遅れが生じると推定された場合であるから、かかる動作遅れによる燃料電池２０のガス欠を防止すべく、エアコンプレッサ４０への指示回転数を補正するための係数である出力補正要求度合いＴai＿kを演算する。
【００３６】
ステップＳ３３では、「水素ポンプ・インバータ温度Ｔhi≧所定温度Ｔhi２」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）はステップ３５に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ３３：ＮＯ）はステップＳ３５をスキップし、ステップＳ３７に進む。
【００３７】
ステップＳ３５は、水素ポンプ・インバータの温度からその動作に遅れが生じると推定された場合であるから、かかる動作遅れによる燃料電池２０のガス欠を防止すべく、水素ポンプ６３への指示回転数を補正するための係数である出力補正要求度合いＴhi＿kを演算する。
【００３８】
ステップＳ３７では、「エアコンプレッサ・インバータ温度Ｔai≧所定温度Ｔai３」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）はステップＳ３９に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ３７：ＮＯ）はステップＳ３９をスキップし、ステップＳ４１に進む。
【００３９】
ステップＳ３９は、エアコンプレッサ・インバータの温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、エアコンプレッサ・インバータの過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔai＿kfcを演算する。
【００４０】
ステップＳ４１では、「水素ポンプ・インバータ温度Ｔhi≧所定温度Ｔhi３」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）はステップＳ４３に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ４１：ＮＯ）はステップＳ４３をスキップし、ステップＳ５１（図３）に進む。
【００４１】
ステップＳ４３は、水素ポンプ・インバータの温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、水素ポンプ・インバータの過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔai＿kfcを演算する。
【００４２】
なお、以上のステップの各判断で用いる所定温度は、「所定温度Ｔai１＞所定温度Ｔai３＞所定温度Ｔai２」及び「所定温度Ｔhi１＞所定温度Ｔhi３＞所定温度Ｔhi２」の関係を満たすように適宜設定される。
【００４３】
図３のステップＳ５１では、「エアコンプレッサ温度Ｔa1≧所定温度Ｔa1W」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）はステップＳ５３に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ５１：ＮＯ）はステップＳ５３〜Ｓ６１をスキップし、ステップＳ６３に進む。
【００４４】
ステップＳ５３〜Ｓ６１では、エアコンプレッサ４０の熱収支を予測し、その予測結果に基づきエアコンプレッサ４０への指示回転数を補正するための係数である出力補正要求度合いＴa1＿kを求める。ステップ毎に順を追って説明すると、ステップＳ５３では、エアコンプレッサ温度Ｔa1に基づきエアコンプレッサ４０にどの程度の熱量Ｑj＿ta1が蓄積しているかを演算する。次いで、車速センサ５６で検出した車速Ｖsに基づき走行風Ｑv＿ta1を演算する（ステップＳ５５）。
【００４５】
次に、この走行風Ｑv＿ta1と外気温センサ５７で検出した外気温Ｔkとに基づき走行風によるエアコンプレッサ４０の放熱量Ｑj＿rを演算（予測）する（ステップＳ５７）。しかる後、要求回転数に基づきエアコンプレッサ４０の発熱量Ｑj＿bを演算（予測）し（ステップＳ５９）、これら熱量Ｑj＿ta1、放熱量Ｑj＿r、発熱量Ｑj＿bに基づき、エアコンプレッサ４０への指示回転数を補正するための係数である出力補正要求度合いＴa1＿kを演算する（ステップＳ６１）。この出力補正要求度合いＴa1＿kは、所定の計算式より求めても良いし、マップを参照して求めても良い。
【００４６】
ステップＳ６３では、「水素ポンプ温度Ｔh1≧所定温度Ｔh1W」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ６３：ＹＥＳ）はステップＳ６５に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ６３：ＮＯ）はステップＳ６５〜Ｓ７３をスキップし、ステップＳ７５に進む。
【００４７】
ステップＳ６５〜Ｓ７３では、水素ポンプ６３の熱収支を予測し、その予測結果に基づき水素ポンプ６３への指示回転数を補正するための係数である出力補正要求度合いＴh1＿kを演算する。ステップ毎に順を追って説明すると、ステップＳ６５では、水素ポンプ温度Ｔh1に基づき水素ポンプ６３にどの程度の熱量Ｑj＿th1が蓄積しているかを演算する。次いで、車速センサ５６で検出した車速Ｖsに基づき走行風Ｑv＿th1を演算する（ステップＳ６７）。
【００４８】
次に、この走行風Ｑv＿th1と外気温センサ５７で検出した外気温Ｔkとに基づき走行風による水素ポンプ６３の放熱量Ｑj＿r2を演算（予測）する（ステップＳ６９）。しかる後、要求回転数に基づき水素ポンプ６３の発熱量Ｑj＿b2を演算（予測）し（ステップＳ７１）、これら熱量Ｑj＿th1、放熱量Ｑj＿r2、発熱量Ｑj＿b2に基づき、水素ポンプ６３への指示回転数を補正するための出力補正要求度合いＴh1＿kを演算する（ステップＳ７３）。この出力補正要求度合いＴh1＿kは、所定の計算式より求めても良いし、マップを参照して求めても良い。
【００４９】
ステップＳ７５では、「エアコンプレッサ温度Ｔa1≧所定温度Ｔa1g」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ７５：ＹＥＳ）はステップＳ７７に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ７５：ＮＯ）はステップＳ７７をスキップし、ステップＳ７９に進む。
【００５０】
ステップＳ７７は、エアコンプレッサ４０の温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、エアコンプレッサ４０の過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔai＿kfcを演算する。
【００５１】
ステップＳ７９では、「水素ポンプ温度Ｔh1≧所定温度Ｔh1g」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ７９：ＹＥＳ）はステップＳ８１に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ７９：ＮＯ）はステップＳ８１をスキップし、ステップＳ８３に進む。
【００５２】
ステップＳ８１は、水素ポンプ６３の温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、水素ポンプ６３の過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔhi＿kfcを演算する。
【００５３】
ステップＳ８３では、「モータＭ１のコイル温度Ｔac≧所定温度Ｔacg」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ８３：ＹＥＳ）はステップＳ８５に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ８３：ＮＯ）はステップＳ８５をスキップし、ステップＳ８７に進む。
【００５４】
ステップＳ８５は、モータＭ１のコイル温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、モータＭ１のコイル過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔac＿kfcを演算する。
【００５５】
ステップＳ８７では、「モータＭ２のコイル温度Ｔhc≧所定温度Ｔhcg」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ８７：ＹＥＳ）はステップＳ８９に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ８７：ＮＯ）はステップＳ８９をスキップし、ステップＳ９１に進む。
【００５６】
ステップＳ８９は、モータＭ２のコイル温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、モータＭ２のコイル過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔhc＿kfcを演算する。
【００５７】
ステップＳ９１では、「モータＭ１のステータ温度Ｔas≧所定温度Ｔasg」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ９１：ＹＥＳ）はステップＳ９３に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ９１：ＮＯ）はステップＳ９３をスキップし、ステップＳ９５に進む。
【００５８】
ステップＳ９３は、モータＭ１のステータ温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、モータＭ１のステータ過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔas＿kfcを演算する。
【００５９】
ステップＳ９５では、「モータＭ２のステータ温度Ｔhs≧所定温度Ｔhsg」の条件を満たすかどうか判断する。かかる条件を満たす場合（ステップＳ９５：ＹＥＳ）はステップ９７に進み、かかる条件を満たさない場合（ステップＳ９５：ＮＯ）はステップＳ９７をスキップし、ステップＳ１０１（図５）に進む。
【００６０】
ステップＳ９７は、モータＭ２のステータ温度からその動作に制限が必要と推定された場合であるから、モータＭ２のステータ過熱を防止すべく、燃料電池２０の目標出力を制限する出力制限値Ｔhs＿kfcを演算する。
【００６１】
図５のステップＳ１０１では、上記所定のステップで演算した出力制限値の最小値を最終的な燃料電池２０の出力制限値とし、また、ステップＳ１０３では、上記所定のステップで演算した出力補正要求度合いの最大値を最終的な各補機に対する出力補正要求度合い、つまり本フローチャートでは、エアコンプレッサ４０及び水素ポンプ６３に対する出力補正要求度合いとする。
【００６２】
これは、本発明の思想が、各補機の温度が刻々と変化する中、どの補機を優先的に動作制限して保護するか、あるいはどの補機の動作遅れを優先的に補正するかという点にあるのではなく、各補機毎に求めた燃料電池２０の出力制限値の最小値および出力補正要求度合いの最大値を代表値とすることにより、全ての補機の熱保護及び動作遅れを回避しようという点にあることを意味する。
【００６３】
ステップＳ１０５では、アクセルセンサ５５で検出したアクセル開度に基づき燃料電池システム１０への要求パワーを演算する。
【００６４】
ステップＳ１０７では、燃料電池システム１０内での電力分配を決定する。具体的には、ステップＳ１０５で求めたシステム要求パワーを二次電池５４と燃料電池２０とに如何なる割合で負担させるか、つまり、二次電池５４からの持出電力と燃料電池２０の発電電力との比率を決定する。
【００６５】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０７の分配結果に基づき設定された燃料電池２０への要求パワーに基づき、各補機に対してその動作指示量を演算する。この動作指示量には、例えば上記エアコンプレッサ４０や水素ポンプ６３への指示回転数等がある。
【００６６】
そして、ステップＳ１１１では、ステップＳ１０９で求めたエアコンプレッサ４０及び水素ポンプ６３への指示回転数を、ステップＳ１０３で決定した出力補正要求度合いの最大値でそれぞれ補正し、この補正後の指示回転数をエアコンプレッサ４０及び水素ポンプ６３のそれぞれに対し指示する。
【００６７】
例えば、エアコンプレッサ４０の回転数を例にとって説明すると、ステップＳ１０３で設定した出力補正要求度合いが１．２、ステップＳ１０９で求めたエアコンプレッサ４０の指示回転数が３０００ｒｐｍであるときは、補正後の指示回転数＝３０００ｒｐｍ×１．２＝３６００ｒｐｍとなり、この指示回転数がエアコンプレッサ４０に与えられる。これにより、エアコンプレッサ４０の動作遅れによる燃料電池２０への酸化ガス供給不足を有効に回避することができる。
【００６８】
ただし、ステップＳ１１１で求めた補正後の指示回転数が、ステップＳ１０１で設定したＦＣ出力制限値に対応するエアコンプレッサ４０の出力制限値を超えている場合、例えば、ステップＳ１０１で設定したＦＣ出力制限値に対応するエアコンプレッサ４０の出力制限が３５００ｒｐｍに設定されていた場合には、この出力制限に係る回転数が上限回転数となり、補正後の指示回転数は３５００ｒｐｍに制限される。これにより、エアコンプレッサ４０等の補機、ひいては燃料電池２０及び二次電池５４の破損を有効に防止することができる。
【００６９】
以上説明したとおり、本実施の形態による燃料電池システム１０によれば、エアコンプレッサ４０等の補機温度に応じて、燃料電池２０に出力制限を課しつつ補機動作量を補正して燃料電池２０の出力を制御するので、補機動作に制限や遅れが生ずるような補機温度の上昇に対しても、システム要求出力に対する燃料電池２０への燃料ガス供給及び酸化ガス供給が適正に行われ、良好な応答性の実現が可能となる。
【００７０】
よって、この燃料電池システムを車両に搭載して燃料電池車両を構成した場合には、例えば登坂路走行時や追い越し時等のように運転者の要求出力が急増したときであっても、良好な応答性が実現されるので、燃料電池２０や二次電池５４の保護と、運転快適性との両立を図ることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。例えば、図２〜図５のフローチャートでは、「演算」に代えてマップを参照することによって各種の値を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの一実施の形態を示す概略構成図。
【図２】図１に示す制御部が実行する燃料電池の出力制御処理の要部を記述したフローチャート。
【図３】図２の処理の続きを記述した出力制御処理のフローチャート。
【図４】図３の処理の続きを記述した出力制御処理のフローチャート。
【図５】図４の処理の続きを記述した出力制御処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００７３】
２０…燃料電池  ４０…エアコンプレッサ（補機）  ５０…制御部（制御装置）  ５２…補機インバータ（補機）  ６３…水素ポンプ（補機）  Ｍ１、Ｍ２…モータ（補機）  Ｍ４…補機モータ（補機）
【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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