(57)【要約】【課題】燃料電池システムの運転効率の低下を抑制できる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムの制御部は、燃料電池の要求発電量に応じて定まる、燃料電池へ供給するカソードガスの目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲内にある場合に第１コンプレッサを駆動させることで燃料電池に前記カソードガスを供給し、目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲から外れる場合に第１コンプレッサおよび第２コンプレッサを駆動させることで燃料電池に前記カソードガスを供給する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に供給されるカソードガスが流通するカソードガス供給路と、
前記燃料電池から排出されたカソード排ガスが流通するカソードガス排出路と、
前記カソードガス供給路に配置された、第１モータによって駆動する第１コンプレッサと、
前記カソードガス供給路のうちで、前記第１コンプレッサよりも下流側に配置された第２モータによって駆動する第２コンプレッサと、
前記第２モータを介して前記第２コンプレッサと連結され、前記カソード排ガスによって駆動するタービンと、
前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池の要求発電量に応じて定まる、前記燃料電池へ供給する前記カソードガスの目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲内にある場合に前記第１コンプレッサを駆動させることで前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、
前記目標流量および前記目標圧力が、前記予め定めた範囲から外れる場合に前記第１コンプレッサおよび前記第２コンプレッサを駆動させることで前記燃料電池に前記カソードガスを供給する、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】
従来、燃料電池システムにおいて、複数のコンプレッサを用いて燃料電池にカソードガスを供給する技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給されるカソードガスが流通するカソードガス供給路と、燃料電池から排出されたカソード排ガスが流通するカソードガス排出路と、を備える。また特許文献１に開示の燃料電池システムは、カソードガス供給路に設けられたモータ駆動の第１コンプレッサと、カソードガス供給路のうち第１コンプレッサよりも下流側に設けられたモータ駆動の第２コンプレッサとを有する。第１コンプレッサは、カソードガス排出路を流通するカソード排ガスによって駆動するエキスパンダ（タービン）を有する。
【０００３】
また従来、燃料電池システムにおいて、カソードガス供給路において、モータ駆動のコンプレッサと、モータ駆動のコンプレッサよりも下流側にエキスパンダによって駆動するコンプレッサとを配置する技術が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０１８４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の燃料電池システムでは、燃料電池車両が定常走行を行っているときは、第２コンプレッサのみが駆動し、燃料電池車両の加速時には第１コンプレッサと第２コンプレッサとが駆動する。コンプレッサを通過したカソードガスは、圧縮されることで温度が上昇する。特許文献１に開示の燃料電池システムでは、エキスパンダを有する第１コンプレッサが駆動した場合、温度が上昇したカソードガスが第２コンプレッサに流入し、また、第２コンプレッサを通過する過程においてカソードガスの温度がさらに上昇する恐れがある。これにより、特許文献１に開示の燃料電池システムにおいて、定常走行時よりも更に温度が上昇したカソードガスが第２コンプレッサを通過するため、第２コンプレッサが熱応力の影響を受けやすくなり、性能などの信頼性が低下する恐れがあった。
【０００６】
また、特許文献２に開示の燃料電池システムでは、モータ駆動のコンプレッサがエキスパンダを有するコンプレッサよりも上流側に配置されている。これにより、モータ駆動のコンプレッサの温度が過度に上昇することを抑制できる。しかしながら、エキスパンダを有するコンプレッサは、エキスパンダのみによって動力が供給されるため、燃料電池からの要求発電量に応じたカソードガスの目標供給流量および目標供給圧力に十分に対応できない恐れがあった。特許文献２に開示の燃料電池システムにおいて、目標供給流量および目標供給圧力に十分に対応するためには、モータを大きくする必要がある。モータを大きくした場合、低負荷（低回転数）で運転するときのフリクションが小型のモータよりも増大するため、モータによって駆動する２つのコンプレッサを用いた場合よりも、低負荷時の運転効率が低下する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に供給されるカソードガスが流通するカソードガス供給路と、前記燃料電池から排出されたカソード排ガスが流通するカソードガス排出路と、前記カソードガス供給路に配置された、第１モータによって駆動する第１コンプレッサと、前記カソードガス供給路のうちで、前記第１コンプレッサよりも下流側に配置された第２モータによって駆動する第２コンプレッサと、前記第２モータを介して前記第２コンプレッサと連結され、前記カソード排ガスによって駆動するタービンと、前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の要求発電量に応じて定まる、前記燃料電池へ供給する前記カソードガスの目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲内にある場合に前記第１コンプレッサを駆動させることで前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、前記目標流量および前記目標圧力が、前記予め定めた範囲から外れる場合に前記第１コンプレッサおよび前記第２コンプレッサを駆動させることで前記燃料電池に前記カソードガスを供給する。この形態によれば、モータによって駆動する第１コンプレッサおよび第２コンプレッサを用いることにより、燃料電池システムの運転効率の低下を抑制できる。また、この形態によれば、第２コンプレッサが第１コンプレッサより下流側に配置されているため、第２コンプレッサが駆動された場合でも、第１コンプレッサに加熱されたカソードガスが流入する可能性を低減できる。これにより、第１コンプレッサが熱応力の影響を受けることを抑制できる。
【０００９】
本発明は、上記の燃料電池システム以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムを備える車両などの態様で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図。
【図２】タービンの概略説明図。
【図３】タービン効率と、速度比との関係を示すグラフ。
【図４】第１コンプレッサマップの概念図。
【図５】ＥＣＵが実行する制御フローを示す図。
【図６】ステップＳ２０の処理フローを示す図。
【図７】ステップＳ１２の処理フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１０を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１５と、アノードガス給排系２０と、カソードガス給排系３０と、制御部としてのＥＣＵ４０とを備える。ＥＣＵ４０は、燃料電池システム１０の動作を制御する。燃料電池１５は、アノードガスとカソードガスとを反応させて発電する。燃料電池システム１０は、動力源として車両に搭載されている。
【００１２】
アノードガス給排系２２０は、アノードガスタンク２１０と、配管としてのアノードガス供給路２２と、配管としてのアノードガス循環路２３０と、主止弁２５０と、調圧弁２６０と、圧力センサ２７０と、循環ポンプ２８０と、気液分離器２９０と、排気排水弁２９５と、配管としての排気排水路２４０とを備える。
【００１３】
アノードガスタンク２１０は、例えば高圧の水素ガスを貯蔵している。アノードガスタンク２１０は、アノードガス供給路２２０を介して燃料電池１５と接続されている。アノードガス供給路２２０には、アノードガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、調圧弁２６０と、圧力センサ２７０とがこの順に設けられている。主止弁２５０は、ＥＣＵ４０からの指示に応じてアノードガスタンク２１０からのアノードガスの供給をオン、オフする。調圧弁２６０は、ＥＣＵ４０からの指示に応じて燃料電池１５に供給されるアノードガスの圧力を調整する。圧力センサ２７０は、燃料電池１５に供給されるアノードガスの圧力を検出する。圧力センサ２７０の検出結果は、ＥＣＵ４０に送信される。
【００１４】
アノードガス循環路２３０は、燃料電池１５とアノードガス供給路２２０とに接続され、燃料電池１５から排出されたアノード排ガスをアノードガス供給路２２０に循環させる。アノードガス循環路２３０には、気液分離器２９０と、ＥＣＵ４０によって制御される循環ポンプ２８０とが設けられている。気液分離器２９０は、燃料電池１５から排出された液水混じりのアノード排ガスから液水を分離する。また、アノード排ガスに含まれる不純物ガス、例えば窒素ガスも液水とともに分離される。未使用の水素ガスを含むアノード排ガスは、循環ポンプ２８０によってアノードガス供給路２２０に循環される。排気排水弁２９５は、ＥＣＵ４０からの指示に応じて所定のタイミングで開状態となる。これにより、分離された液水と窒素ガスが、排気排水路２４０を通過してシステム外に放出される。
【００１５】
カソードガス給排系３０は、配管としてのカソードガス供給路３２０と、配管としてのカソードガス排出路３４０と、備える。カソードガス給排系３０は、カソードガス供給路３２０によってカソードガスとしての空気を燃料電池１５に供給すると共に、燃料電池１５から排出されたカソード排ガス（未使用のカソードガス）をシステム外に排出する。
【００１６】
カソードガス供給路３２０は、上流側供給路３２６と、下流側供給路３２７と、バイパス供給路３２８とを備える。カソードガス供給路３２０は、燃料電池１５に供給されるカソードガスが流通する。
【００１７】
上流側供給路３２６には、エアクリーナ３０１と、大気圧センサ３０２と、外気温センサ３０４と、エアフローメータ３０６とが設けられている。エアクリーナ３０１は、カソードガスを取り込む時に塵埃を除去する。大気圧センサ３０２は、大気圧を検出する。外気温センサ３０４は、取り込む前のカソードガスの温度を検出する。エアフローメータ３０６は、取り込んだカソードガスの量を検出する。各要素３０２，３０４，３０６による検出結果は、ＥＣＵ４０に送信される。上流側供給路３２６のうちで、エアクリーナ３０１およびエアフローメータ３０６よりも下流側には、第１コンプレッサ３２１が配置されている。第１コンプレッサ３２１は、第１モータ３２２を駆動することで下流側へとカソードガスを吐出する。第１モータ３２２は、ＥＣＵ４０によって制御される。
【００１８】
上流側供給路３２６と下流側供給路３２７とバイパス供給路３２８との接続部分には、三方弁３１６が配置されている。三方弁３１６は、ＥＣＵ４０からの指示に応じて、第１連通状態と第２連通状態とを切り替え可能である。第１連通状態とは、バイパス供給路３２８を経由することなく上流側供給路３２６と下流側供給路３２７とが直接に連通する状態である。第２連通状態とは、バイパス供給路３２８を経由して上流側供給路３２６と下流側供給路３２７とが連通する状態である。
【００１９】
下流側供給路３２７のうち、バイパス供給路３２８の下流端が接続された部分よりも下流側には、インタークーラー３２９が配置されている。インタークーラー３２９は、燃料電池１５に供給されるカソードガスを冷却する。また下流側供給路３２７のうちインタークーラー３２９よりも下流側には、供給ガス温度センサ３１０と供給ガス圧力センサ３１２とが配置されている。供給ガス温度センサ３１０は、燃料電池１５に供給されるカソードガスの温度を検出し、検出結果をＥＣＵ４０に送信する。供給ガス圧力センサ３１２は、燃料電池１５に供給されるカソードガスの圧力を検出し、検出結果をＥＣＵ４０に送信する。
【００２０】
バイパス供給路３２８には、第２コンプレッサ３３１が配置されている。第２コンプレッサ３３１は、第２モータ３３２およびタービン３３３によって駆動する。第２コンプレッサ３３１は、下流側へとカソードガスを吐出する。タービン３３３は、第２コンプレッサ３３１と同軸上に位置し、第２モータ３３２を介して第２コンプレッサ３３１に連結されている。タービン３３３は、カソードガス排出路３４０に配置され、カソード排ガスによって駆動（回転）する。タービン３３３の回転によって生じた動力は、第２モータ３３２の補助的な動力として用いられる。第２コンプレッサ３３１は、後述するタービン効率を考慮して、第１コンプレッサ３２１よりも低速で回転するように設定されることが好ましい。
【００２１】
カソードガス排出路３４０は、燃料電池１５から排出されたカソード排ガスが流通する。カソードガス排出路３４０のうち、タービン３３３よりも上流側には調圧弁３１８が配置されている。調圧弁３１８は、ＥＣＵ４０からの指示に応じて燃料電池１５におけるカソードガスの圧力を調整する。カソードガス排出路３４０のうち、タービン３３３よりも下流側部分には排気排水路２４０の下流端が接続されている。また、カソードガス排出路３４０のうち、排気排水路２４０の接続部分よりも下流側にはマフラー３８が配置されている。マフラー３８は、カソード排ガスの排気音を減少させる。
【００２２】
また、燃料電池システム１０は、図示しない、燃料電池１５を冷却するための冷却系を有していてもよい。
【００２３】
図２は、タービン３３３の概略説明図である。図３は、タービン効率ηｔと、速度比（Ｕ／Ｃ）との関係を示すグラフである。図２に示すように、タービン３３３は、ハウジング３３７と、ハウジング３３７内に配置されたタービン翼３３８とを有するラジアルタービンである。図４に示すように、タービン効率ηｔは、速度比（Ｕ／Ｃ）がＶ１の地点で最高値を示す。ここで、「Ｕ」は、タービン周速（タービン翼３３８の周方向の回転速度）であり、タービン翼３３８の回転数Ｎ（ｒｐｍ）と、タービン翼３３８の外径Ｄとの積によって表される。また「Ｃ」は、断熱速度であり、流入するカソード排ガスの温度と圧力との関数によって表される。断熱速度Ｃは、ある温度と圧力とを有するガスを、所定の温度と圧力まで膨張させたときに得られる理論的なガス速度を意味する。図２に示す符号Ｗは、タービン翼３３８に流入するガス（ここでは、カソード排ガス）の相対流入速度である。
【００２４】
図３に示すように、タービン効率ηｔは、速度比（Ｕ／Ｃ）がＶ１において最大効率を示す。ここで、第２コンプレッサ３３１とタービン３３３とでは、効率良く動作できる回転数が異なり、燃料電池１５からの要求に応じて第２コンプレッサ３３１の回転数を先に決定した場合、速度比（Ｕ／Ｃ）は過大となりタービン効率ηｔが著しく低下する場合がある。
【００２５】
図４は、第１コンプレッサ３２１の第１コンプレッサマップの概念図である。第１コンプレッサマップは、ＥＣＵ４０に記憶されている。第１コンプレッサマップは、横軸に規定された空気流量と縦軸に規定された吸気圧力比とによって定まる第１コンプレッサ３２１の回転数ＲＡを表した二次元マップである。吸気圧力比は、大気圧に対するブースト圧の絶対圧の割合である。
【００２６】
図４には、回転数ＲＡとして代表して回転数Ｒ１〜Ｒ５のラインを示している。回転数Ｒ１から回転数Ｒ５に向かうに従い、回転数は大きくなる。なお、第１コンプレッサ３２１の最大回転数は回転数Ｒ５である。また、第１コンプレッサマップには、空気流量と吸気圧力比とによって定まるコンプレッサの効率が規定されている。図４には、代表して効率Ｅ１〜Ｅ４のラインを示している。効率Ｅ１〜Ｅ４のうちで、効率Ｅ１が最も高い効率であり、効率Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の順で効率が低くなる。なお、第２コンプレッサ３３１の第２コンプレッサマップも、ＥＣＵ４０に記憶されている。
【００２７】
Ａ−２．ＥＣＵの制御フロー：
図５は、ＥＣＵ４０が実行する制御フローを示す図である。図６は、ステップＳ２０の処理フローを示す図である。図７は、ステップＳ１２の処理フローを示す図である。図５に示す制御フローは、所定のタイミング毎に実行される。
【００２８】
ＥＣＵ４０は、燃料電池１５の要求発電量に応じて定まる目標流量と目標圧力が、予め定めた範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ５）。目標圧力は、大気圧に対する供給圧力の割合（供給圧力／大気圧）によって表される。ＥＣＵ４０は、要求発電量と、燃料電池１５へ供給するカソードガスの目標流量および目標圧力とを一意に対応付けたマップを用いて目標流量および目標圧力を決定する。予め定めた範囲とは、例えば、第１コンプレッサ３２１の駆動のみで効率良く運転できる範囲であり、例えば、第１コンプレッサマップにおける所定の効率（例えば図４の効率Ｅ４）以上の効率で運転できる範囲内の空気流量（目標流量）と吸気圧力比（目標圧力）がとる範囲である。また例えば、予め定めた範囲とは、燃料電池車両が定速運転や加速の程度が小さい運転を行っている場合などの燃料電池１５から要求される要求発電量が比較的小さい場合における目標流量および目標圧力がとる範囲であってもよい。つまり、燃料電池１５から要求される要求発電量が予め定めた閾値以下である場合に、後述するステップＳ１０、ステップＳ２０を実行し、要求発電量が閾値より大きい場合に、後述するステップＳ１１、ステップＳ１２を実行してもよい。
【００２９】
ステップＳ５において、目標流量および目標圧力が予め定めた範囲内にある場合、ＥＣＵ４０は、三方弁３１６を制御して、上流側供給路３２６と下流側供給路３２７とが直接に連通する第１連通状態とする（ステップＳ１０）。そして、ＥＣＵ４０は、第１コンプレッサ３２１のみを駆動させる（ステップＳ２０）。
【００３０】
ステップＳ５において、目標流量および目標圧力が予め定めた範囲から外れる場合、ＥＣＵ４０は、三方弁３１６を制御して、バイパス供給路３２８を経由して上流側供給路３２６と下流側供給路３２７とが連通する第２連通状態とする（ステップＳ１１）。目標流量および目標圧力が予め定めた範囲から外れる場合とは、例えば、燃料電池車両の加速の程度が大きい運転や坂道をのぼる運転など高負荷運転を行っている場合などの燃料電池１５から要求される要求発電量が比較的大きい場合における目標流量および目標圧力がとる範囲である。ステップＳ１１の次に、ＥＣＵ４０は、第１コンプレッサ３２１および第２コンプレッサ３３１を駆動させる（ステップＳ１２）。
【００３１】
ステップＳ１２またはステップＳ２０の次に、ＥＣＵ４０は、調圧弁３１８（図１）の開度を設定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の前にステップＳ２０が実行された場合、ＥＣＵ４０は、目標流量と目標圧力と第１コンプレッサ３２１の回転数ＲＡとによって一意に定まる第１開度マップを用いて開度を設定する。また、ステップＳ１４の前にステップＳ１２が実行された場合、ＥＣＵ４０は目標流量と目標圧力と第１コンプレッサ３２１の回転数ＲＡと第２コンプレッサ３３１の回転数ＲＢとによって一意に定まる第２開度マップを用いて開度を設定する。第１開度マップおよび第２開度マップは、ＥＣＵ４０に記憶されている。ステップＳ１４の次に、ＥＣＵ４０は、大気圧センサ３０２の圧力Ｐ１と、供給ガス圧力センサ３１２の圧力Ｐ２との検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が、目標圧力と一致するかどうかを判定する（ステップＳ１６）。検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）と目標圧力とが一致する場合は、制御フローは終了される。検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が目標圧力よりも低い場合は、ＥＣＵ４０は、検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が目標圧力に一致するように、調圧弁３１８の開度を下げる（ステップＳ１８）。また、検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が目標圧力よりも高い場合は、ＥＣＵ４０は、検出圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が目標圧力に一致するように、調圧弁３１８の開度を上げる（ステップＳ１９）。なお、ステップＳ１６以降の処理は省略してもよい。
【００３２】
図６に示すようにステップＳ２０では、ＥＣＵ４０は目標流量および目標圧力と、第１コンプレッサマップからコンプレッサ２６の回転数ＲＡを決定する（ステップＳ２０２）。具体的にはＥＣＵ４０は、第１コンプレッサマップのうちで、空気流量に目標圧力を当てはめ、吸気圧力比に目標圧力を当てはめることで、回転数ＲＡを決定する。ステップＳ２０２の次に、ＥＣＵ４０は、第１モータ３２２にステップＳ２０２で決定した回転数ＲＡとなるように駆動指示を行うと共に、第２モータ３３２に対して停止指示を行う（ステップＳ２０４）。なお、第１モータ３２２と第１コンプレッサ３２１との回転数は同じである。
【００３３】
図７に示すようにステップＳ１２では、ＥＣＵ４０は、断熱速度Ｃを算出する（ステップＳ１２１）。具体的には、ＥＣＵ４０は、供給ガス温度センサ３１０と供給ガス圧力センサ３１２によって下流側供給路３２７を流通するカソードガスの温度と圧力とを検出する。検出したカソードガスの温度および圧力と、燃料電池１５の発熱量と、調圧弁３１８やタービン３３３などによる圧力損失とに基づいて、ＥＣＵ４０はタービン３３３に流入するカソード排ガスの温度と圧力とを推定する。そして推定した温度と圧力と、エアフローメータ３０６によって検出したカソードガスの量とに基づいて、予め定めた式を用いて断熱速度Ｃを算出する。
【００３４】
ステップＳ１２１の次に、ＥＣＵ４０は、速度比（Ｕ／Ｃ）が所定の値となるように、第２コンプレッサ３３１の回転数ＲＢを決定する（ステップＳ１２２）。本実施形態では、タービン効率ηｔが最高値となる速度比（Ｕ／Ｃ）となるように、回転数ＲＢを決定する。なお、第２コンプレッサ３３１とタービン３３３とは同軸上に配置されており、回転数は同じになる。次にＥＣＵ４０は、燃料電池１５の要求発電量に応じて定まる目標流量と、決定した回転数ＲＢと、第２コンプレッサマップとに基づいて第２コンプレッサ３３１の吸気圧力比（第２吸気圧力比）を決定する（ステップＳ１２３）。
【００３５】
次に、ＥＣＵ４０は、燃料電池１５の要求発電量に応じて定まる目標圧力とステップＳ１２３で決定した第２吸気圧力比とに基づいて第１コンプレッサ３２１の吸気圧力比（第１吸気圧力比）を算出する（ステップＳ１２４）。具体的には、ＥＣＵ４０は、第１吸気圧力比と第２吸気圧力比との積が目標圧力となる関係式を用いて第１吸気圧力比を算出する。次にＥＣＵ４０は、算出した第１吸気圧力比と、燃料電池１５の要求発電量に応じて定まる目標流量と、第１コンプレッサマップとに基づいて第１コンプレッサ３２１の回転数ＲＡを決定する（ステップＳ１２５）。ＥＣＵ４０は、ステップＳ１２２で決定した回転数ＲＢとなるように第２モータ３３２に対して駆動指示を行うと共に、ステップＳ１２５で決定した回転数ＲＡとなるように第１モータ３２２に対して駆動指示を行う（ステップＳ１２６）。
【００３６】
以上のように、ＥＣＵ４０は、燃料電池１５の要求発電量に応じて定まる、燃料電池１５へ供給するカソードガスの目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲内にある場合に第１コンプレッサ３２１を駆動させることで燃料電池１５にカソードガスを供給している。また、ＥＣＵ４０は、目標流量および目標圧力が、予め定めた範囲から外れる場合に第１コンプレッサ３２１および前記第２コンプレッサ３３１を駆動させることで燃料電池１５にカソードガスを供給している。
【００３７】
上記実施形態によれば、第１モータ３２２によって駆動する第１コンプレッサ３２１、および、第２モータ３３２によって駆動する第２コンプレッサ３３１を用いることにより、燃料電池システム１０の運転効率の低下を抑制できる。また、上記実施形態によれば、第２コンプレッサ３３１が第１コンプレッサ３２１より下流側に配置されているため、第２コンプレッサ３３１が駆動された場合でも、加熱されたカソードガスが第１コンプレッサ３２１に流入する可能性を低減できる。これにより、第１コンプレッサ３２１が熱応力の影響を受けることを抑制できる。
【００３８】
また、上記実施形態によれば、第２モータ３３２によって第２コンプレッサ３３１を駆動させる場合、タービン効率ηｔが最も高くなる速度比（Ｕ／Ｃ）となるように、回転数ＲＢを決定している（図７のステップＳ１２２）。これにより、タービン効率の低下を抑制しつつ第２コンプレッサ３３１を運転できる。また、上記実施形態によれば、目標流量と目標圧力とが予め定めた範囲内である場合には、第１コンプレッサ３２１のみを駆動させ、第２コンプレッサ３３１の駆動は停止されている。これにより、メカフリクションの増加を抑制できる。
【００３９】
Ｂ．変形例：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…燃料電池システム
１５…燃料電池
２０…アノードガス給排系
２６…コンプレッサ
３０…カソードガス給排系
３８…マフラー
２１０…アノードガスタンク
２２０…アノードガス供給路
２３０…アノードガス循環路
２４０…排気排水路
２５０…主止弁
２６０…調圧弁
２７０…圧力センサ
２８０…循環ポンプ
２９０…気液分離器
２９５…排気排水弁
３０１…エアクリーナ
３０２…大気圧センサ
３０４…外気温センサ
３０６…エアフローメータ
３１０…供給ガス温度センサ
３１２…供給ガス圧力センサ
３１６…三方弁
３１８…調圧弁
３２０…カソードガス供給路
３２１…第１コンプレッサ
３２２…第１モータ
３２６…上流側供給路
３２７…下流側供給路
３２８…バイパス供給路
３２９…インタークーラー
３３１…第２コンプレッサ
３３２…第２モータ
３３３…タービン
３３７…ハウジング
３３８…タービン翼
３４０…カソードガス排出路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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