(57)【要約】【課題】燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力の変動を抑制しつつ、タービンの回転速度を制御できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１０は、酸化剤ガスを圧縮する電動コンプレッサ３１と、電動コンプレッサ３１によって圧縮された第１圧縮ガスを圧縮するターボコンプレッサ３２と、両コンプレッサ３１，３２を繋ぐものであって第１圧縮ガスが流れる接続流路３４とを備えている。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１から排出される排出ガスによって回転するタービン４３と、ターボコンプレッサ３２のインペラ３２ａとタービン４３とを連結する連結部５２と、排出流路４１の流路断面積を変更可能な変更部４２と、接続流路３４を流れる第１圧縮ガスと熱交換を行う熱交換装置６０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスを圧縮する電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサによって圧縮された前記酸化剤ガスである第１圧縮ガスを圧縮するものであってインペラを有するターボコンプレッサと、
前記ターボコンプレッサによって圧縮された前記酸化剤ガスである第２圧縮ガスが供給される燃料電池と、
前記電動コンプレッサと前記ターボコンプレッサとを繋ぐものであって、前記第１圧縮ガスが流れる接続流路と、
前記燃料電池から排出される排出ガスが流れる排出流路を介して前記燃料電池と繋がっているものであって、前記排出ガスによって回転するタービンと、
前記ターボコンプレッサの前記インペラと前記タービンとが一体回転するように前記インペラと前記タービンとを連結する連結部と、
前記排出流路に設けられ、前記排出流路の流路断面積を変更する変更部と、
前記接続流路を流れる前記第１圧縮ガスと熱交換を行う熱交換装置と、
前記燃料電池にて要求される発電量である要求発電量と前記燃料電池の温度とを把握する把握部と、
前記把握部によって把握された前記要求発電量及び前記燃料電池の温度と、前記タービンの効率とに基づいて、前記熱交換装置との熱交換が行われた後の前記第１圧縮ガスの温度であるターボ吸入温度についての目標値である目標温度を導出する導出部と、
前記ターボ吸入温度が前記目標温度となるように、前記熱交換装置を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に供給される前記第２圧縮ガスの流量及び圧力である供給流量及び供給圧力が、前記把握部によって把握される前記要求発電量と前記燃料電池の温度とに対応した目標流量及び目標圧力となっている条件下において、前記タービンの効率が最大となる前記タービンの回転速度を目標回転速度とすると、
前記目標温度は、前記タービンの回転速度が前記目標回転速度となる前記ターボ吸入温度である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記変更部は、可変ノズルと、前記可変ノズルの開度が変更するように前記可変ノズルを駆動するアクチュエータとを有し、
前記電動コンプレッサは、前記酸化剤ガスの圧縮を行う圧縮部と、前記圧縮部を駆動させる電動モータとを有し、
前記導出部は、前記把握部によって把握された前記要求発電量及び前記燃料電池の温度と、前記タービンの効率とに基づいて、前記目標温度の導出に加え、前記目標圧力に対応した目標開度及び前記目標流量に対応した目標トルクを導出するものであり、
前記制御部は、前記熱交換装置の制御に加え、前記可変ノズルの開度が前記目標開度となるように前記アクチュエータを制御し、且つ、前記電動モータのトルクが前記目標トルクとなるように前記電動モータを制御するものであり、
前記電動コンプレッサに吸入される前記酸化剤ガスの圧力に対する前記目標圧力の比率を目標圧力比とし、前記タービンの回転速度が前記目標回転速度である条件下において前記電動コンプレッサに吸入される前記酸化剤ガスの圧力に対する前記供給圧力の比率が前記目標圧力比となるための前記電動コンプレッサの圧力比を特定圧力比とすると、
前記目標トルクは、前記供給流量が前記目標流量となり、且つ、前記電動コンプレッサの圧力比が前記特定圧力比となる値に設定されている請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ターボ吸入温度を検出するターボ吸入温度検出部を備え、
前記制御部は、前記ターボ吸入温度検出部により検出される前記ターボ吸入温度と前記目標温度とが一致するように前記熱交換装置を制御する請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記熱交換装置は、前記接続流路を流れる前記第１圧縮ガスの冷却に用いられるファンを備え、
前記制御部は、前記ファンの回転速度を制御することにより、前記ターボ吸入温度を制御するものである請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記熱交換装置は、
冷媒が流れる冷媒流路と、
前記冷媒流路に前記冷媒を循環させるポンプ装置と、
前記冷媒と前記第１圧縮ガスとの熱交換が行われる熱交換部と、
前記冷媒と熱交換を行うラジエータと、
前記ラジエータに対して送風を行うファンと、
を備え、
前記制御部は、前記ファンの回転速度及び前記冷媒流路を流れる前記冷媒の単位時間当たりの流量の少なくとも一方を制御することにより、前記ターボ吸入温度を制御するものである請求項１〜４のうちいずれか一項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】
特許文献１には、酸化剤ガスを圧縮する電動コンプレッサ及びターボコンプレッサと、両コンプレッサによって圧縮された酸化剤ガスが供給される燃料電池と、燃料電池から排出される排出ガスから得た回転力によってターボコンプレッサを駆動するタービンとを備えた燃料電池システムが記載されている。特許文献１には、電動コンプレッサとターボコンプレッサとを繋ぐ接続流路に中間冷却器が設けられている点が記載されている。
【０００３】
また、特許文献１，２に記載される燃料電池システムは、タービンに吹き付けられる排気ガスが流れる流路の流路断面積を変更することによりタービンの回転速度を制御するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０７１３６号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２に記載の燃料電池システムによれば、排出ガスが流れる流路の流路断面積の変更を通じたタービンの回転速度の制御により、タービンの効率の向上を図ることができる。しかしながら、このように上記流路断面積を変更すると、燃料電池から排出される排出ガスの量が変化するため、燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力が変動する。その結果、燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力に依存する燃料電池の発電量を所望の量とすることができない事態が生じ得る。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力の変動を抑制しつつ、タービンの回転速度を制御できる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する燃料電池システムは、酸化剤ガスを圧縮する電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサによって圧縮された前記酸化剤ガスである第１圧縮ガスを圧縮するものであってインペラを有するターボコンプレッサと、前記ターボコンプレッサによって圧縮された前記酸化剤ガスである第２圧縮ガスが供給される燃料電池と、前記電動コンプレッサと前記ターボコンプレッサとを繋ぐものであって、前記第１圧縮ガスが流れる接続流路と、前記燃料電池から排出される排出ガスが流れる排出流路を介して前記燃料電池と繋がっているものであって、前記排出ガスによって回転するタービンと、前記ターボコンプレッサの前記インペラと前記タービンとが一体回転するように前記インペラと前記タービンとを連結する連結部と、前記排出流路に設けられ、前記排出流路の流路断面積を変更する変更部と、前記接続流路を流れる前記第１圧縮ガスと熱交換を行う熱交換装置と、前記燃料電池にて要求される発電量である要求発電量と前記燃料電池の温度とを把握する把握部と、前記把握部によって把握された前記要求発電量及び前記燃料電池の温度と、前記タービンの効率とに基づいて、前記熱交換装置との熱交換が行われた後の前記第１圧縮ガスの温度であるターボ吸入温度についての目標値である目標温度を導出する導出部と、前記ターボ吸入温度が前記目標温度となるように、前記熱交換装置を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、電動コンプレッサとターボコンプレッサとによって、酸化剤ガスが圧縮される。これにより、電動コンプレッサのみの場合と比較して、要求発電量に対して必要となる電動コンプレッサの圧力比を小さくできる。したがって、電動コンプレッサの消費電力の低減を図ることができる。また、ターボコンプレッサは、タービンの回転力を用いて駆動されるため、駆動源として専用の電動モータ等を別途必要としない。
【０００９】
ここで、本願発明者らは、ターボ吸入温度が変化することによりタービンの回転速度が変化することを見出した。この知見に基づいて、本構成によれば、熱交換装置を用いて、ターボ吸入温度を、把握部により把握された要求発電量及び燃料電池の温度とタービンの効率とに基づいて導出される目標温度となるように制御することができる。これにより、タービンの回転速度が目標温度に対応した回転速度になる。したがって、燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力の変動を抑制しつつ、タービンの回転速度を目標値、例えばタービンの効率が比較的高くなる値にできる。
【００１０】
上記燃料電池システムについて、前記燃料電池に供給される前記第２圧縮ガスの流量及び圧力である供給流量及び供給圧力が、前記把握部によって把握される前記要求発電量と前記燃料電池の温度とに対応した目標流量及び目標圧力となっている条件下において、前記タービンの効率が最大となる前記タービンの回転速度を目標回転速度とすると、前記目標温度は、前記タービンの回転速度が前記目標回転速度となる前記ターボ吸入温度であるとよい。
【００１１】
かかる構成によれば、タービンの効率を最大にすることができるため、電動コンプレッサの消費電力を小さくできる。これにより、燃料電池において要求発電量の発電を実現しつつ、電動コンプレッサの消費電力の更なる低減を図ることができる。
【００１２】
上記燃料電池システムについて、前記変更部は、可変ノズルと、前記可変ノズルの開度が変更するように前記可変ノズルを駆動するアクチュエータとを有し、前記電動コンプレッサは、前記酸化剤ガスの圧縮を行う圧縮部と、前記圧縮部を駆動させる電動モータとを有し、前記導出部は、前記把握部によって把握された前記要求発電量及び前記燃料電池の温度と、前記タービンの効率とに基づいて、前記目標温度の導出に加え、前記目標圧力に対応した目標開度及び前記目標流量に対応した目標トルクを導出するものであり、前記制御部は、前記熱交換装置の制御に加え、前記可変ノズルの開度が前記目標開度となるように前記アクチュエータを制御し、且つ、前記電動モータのトルクが前記目標トルクとなるように前記電動モータを制御するものであり、前記電動コンプレッサに吸入される前記酸化剤ガスの圧力に対する前記目標圧力の比率を目標圧力比とし、前記タービンの回転速度が前記目標回転速度である条件下において前記電動コンプレッサに吸入される前記酸化剤ガスの圧力に対する前記供給圧力の比率が前記目標圧力比となるための前記電動コンプレッサの圧力比を特定圧力比とすると、前記目標トルクは、前記供給流量が前記目標流量となり、且つ、前記電動コンプレッサの圧力比が前記特定圧力比となる値に設定されているとよい。
【００１３】
ターボコンプレッサの圧力比は、タービンの回転速度に依存する。このため、ターボ吸入温度が目標温度となるように制御されることによってタービンの回転速度が目標回転速度となる構成においては、ターボコンプレッサの圧力比は目標回転速度に対応した値となる。そして、ターボコンプレッサの圧力比が決まると、特定圧力比が決まる。かかる構成において、目標トルクは、供給流量が目標流量となり、且つ、電動コンプレッサの圧力比が特定圧力比となる値に設定されている。これにより、供給流量及び供給圧力を目標流量及び目標圧力にしつつ、タービンの効率の向上を図ることができる。したがって、燃料電池にて要求発電量の発電を行いつつ、電動コンプレッサの消費電力の低減を図ることができる。
【００１４】
上記燃料電池システムについて、前記ターボ吸入温度を検出するターボ吸入温度検出部を備え、前記制御部は、前記ターボ吸入温度検出部により検出される前記ターボ吸入温度と前記目標温度とが一致するように前記熱交換装置を制御するとよい。
【００１５】
かかる構成によれば、ターボ吸入温度検出部によってターボ吸入温度を直接的に把握できるため、ターボ吸入温度の制御を精度よく行うことができる。
特に、本燃料電池システムは、ターボ吸入温度の制御によってタービンの回転速度を制御する構成を採用している。このため、例えば接続流路を流れる第１圧縮ガスの温度を可能な範囲内で低くするといった、ターボ吸入温度の目標温度が明確に定められていない制御では、タービンの回転速度を適切に制御することができないという不都合が生じ得る。これに対して、本構成によれば、上述した通り、導出部によって目標温度が導出され、ターボ吸入温度検出部によって検出されるターボ吸入温度が目標温度となるように制御されるため、タービンの回転速度を適切に制御でき、上記不都合を抑制できる。
【００１６】
上記燃料電池システムについて、前記熱交換装置は、前記接続流路を流れる前記第１圧縮ガスの冷却に用いられるファンを備え、前記制御部は、前記ファンの回転速度を制御することにより、前記ターボ吸入温度を制御するものであるとよい。
【００１７】
かかる構成によれば、ファンの回転速度の制御という比較的簡素な制御でターボ吸入温度の制御を行うことができる。
上記燃料電池システムについて、前記熱交換装置は、冷媒が流れる冷媒流路と、前記冷媒流路に前記冷媒を循環させるポンプ装置と、前記冷媒と前記第１圧縮ガスとの熱交換が行われる熱交換部と、前記冷媒と熱交換を行うラジエータと、前記ラジエータに対して送風を行うファンと、を備え、前記制御部は、前記ファンの回転速度及び前記冷媒流路を流れる前記冷媒の単位時間当たりの流量の少なくとも一方を制御することにより、前記ターボ吸入温度を制御するものであるとよい。
【００１８】
かかる構成によれば、ファンの回転速度及び冷媒流路を流れる冷媒の単位時間当たりの流量の少なくとも一方を制御することにより、ターボ吸入温度の温度を目標温度にすることができ、それを通じてタービンの回転速度の制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力の変動を抑制しつつ、タービンの回転速度を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池システムの概要を示すブロック図。
【図２】導出データを説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本燃料電池システムの一実施形態について説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは、車両に搭載されている。
図１に示すように、燃料電池システム１０は、アノードガスである燃料ガスとカソードガスである酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池としての燃料電池スタック１１を備えている。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１に対する燃料ガスの供給を行う燃料ガス供給部２０と、燃料電池スタック１１に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部３０と、燃料電池スタック１１内の酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出部４０と、を備えている。
【００２２】
燃料電池スタック１１は、例えば複数のセルを有している。各セルはそれぞれ、カソード電極と、アノード電極と、両電極の間に配置されたセパレータ（電解質膜）とが積層されて構成されており、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されることによって発電する。なお、燃料ガスとは例えば水素である。また、酸化剤ガスとは、酸素を含むものであれば任意であるが、例えば空気である。
【００２３】
燃料電池スタック１１内には、燃料ガス供給部２０から供給された燃料ガスが流れるアノード流路１２と、酸化剤ガスが流れるカソード流路１３とが形成されている。カソード流路１３は、酸化剤ガス供給部３０を通じて酸化剤ガスが供給される供給口１３ａと、酸化剤ガスが排出される排出口１３ｂとを有している。
【００２４】
また、燃料電池スタック１１は、当該燃料電池スタック１１の温度であるスタック温度Ｔｓを検出するためのスタック温度検出部１４を備えている。スタック温度検出部１４は、スタック温度Ｔｓと相関を有する物理量を検出するものである。スタック温度検出部１４は、例えば上記物理量として燃料電池スタック１１のセルの温度を検出する。但し、これに限られず、例えば燃料電池システム１０が冷媒を用いて燃料電池スタック１１を冷却する冷却機構を備えている場合には、スタック温度検出部１４は、上記物理量としてその冷媒の燃料電池スタック１１の冷却後の温度を検出し、その検出結果からスタック温度Ｔｓを推定してもよい。
【００２５】
燃料ガス供給部２０は、燃料ガスが貯蔵されたタンク及びポンプ装置を有しており、ポンプ装置を用いてタンク内の燃料ガスをアノード流路１２に供給する。また、燃料ガス供給部２０は、アノード流路１２を通じて燃料電池スタック１１から排出された燃料ガスを再度アノード流路１２に循環させる。
【００２６】
酸化剤ガス供給部３０は、電動コンプレッサ３１と、ターボコンプレッサ３２と、電動コンプレッサ３１に酸化剤ガスを導入する吸入流路３３と、電動コンプレッサ３１及びターボコンプレッサ３２を繋ぐ接続流路３４と、ターボコンプレッサ３２と燃料電池スタック１１とを繋ぐ供給流路３５と、を備えている。
【００２７】
電動コンプレッサ３１は、吸入流路３３から吸入される酸化剤ガスを圧縮して、その圧縮された第１圧縮ガスを接続流路３４に吐出するものである。電動コンプレッサ３１は、圧縮部３１ａと、圧縮部３１ａを駆動する電動モータ３１ｂとを有している。
【００２８】
圧縮部３１ａは、回転体を有しており、当該回転体が回転することによって圧縮動作を行う。なお、圧縮部３１ａの具体的な型式は任意であり、例えばインペラを有するターボ式でもよいし、スクロール式やルーツ式等でもよい。圧縮部３１ａの回転体は、電動モータ３１ｂのトルクＮに応じた回転速度で回転する。
【００２９】
ここで、燃料電池スタック１１に供給される酸化剤ガスの流量である供給流量ＦＩは、電動コンプレッサ３１の駆動態様、詳細には電動モータ３１ｂのトルクＮによって決められる。詳細には、供給流量ＦＩは、圧縮部３１ａの回転体が酸化剤ガスに与える時間当たりの運動量によって決められ、その運動量は、電動モータ３１ｂのトルクＮによって決められる。この点に着目すれば、供給流量ＦＩは、電動モータ３１ｂによって制御されるパラメータであるとも言える。
【００３０】
ターボコンプレッサ３２は、酸化剤ガスの流下方向において、電動コンプレッサ３１の下流側であって燃料電池スタック１１の上流側に設けられている。ターボコンプレッサ３２の吸入側は接続流路３４に接続されており、ターボコンプレッサ３２の吐出側は供給流路３５に接続されている。ターボコンプレッサ３２は回転体としてのインペラ３２ａを有し、当該インペラ３２ａが回転することによって接続流路３４を流れる第１圧縮ガスを圧縮し、その圧縮された第２圧縮ガスを供給流路３５に吐出するものである。
【００３１】
接続流路３４及び供給流路３５はそれぞれ、配管等で構成されている。接続流路３４は、第１圧縮ガスが流れる流路であり、供給流路３５は、第２圧縮ガスが流れる流路である。供給流路３５は、燃料電池スタック１１のカソード流路１３における供給口１３ａに接続されている。
【００３２】
かかる構成によれば、吸入流路３３から吸入された酸化剤ガスは、両コンプレッサ３１，３２によって２段階に圧縮されて、供給口１３ａからカソード流路１３に供給される。これにより、カソード流路１３に供給される酸化剤ガスの圧力である供給圧力ＰＩが高められている。供給圧力ＰＩは、燃料電池スタック１１に供給される第２圧縮ガスの圧力である。
【００３３】
酸化剤ガス排出部４０は、燃料電池スタック１１から排出される排出ガスが流れる排出流路４１と、排出流路４１に設けられた変更部４２と、タービン４３と、を備えている。
排出流路４１は、例えば配管等で構成されている。排出流路４１の一端部は、燃料電池スタック１１におけるカソード流路１３の排出口１３ｂに接続されており、排出流路４１の他端部は、タービン４３に接続されている。すなわち、燃料電池スタック１１とタービン４３とは、排出流路４１を介して接続されている。カソード流路１３の排出口１３ｂを通じて燃料電池スタック１１から排出された排出ガスは、排出流路４１を通って、タービン４３に導入される。
【００３４】
変更部４２は、排出流路４１の流路断面積を変更するものである。変更部４２は、可変ノズル４２ａとアクチュエータ４２ｂとを有している。
可変ノズル４２ａは、排出流路４１の流路断面積を変更可能に構成されている。詳細には、可変ノズル４２ａは、例えば排出流路４１に設けられ且つ開度θを調整可能な１又は複数の弁で構成されており、開度θに応じて排出流路４１の流路断面積が変更可能となっている。すなわち、開度θとは、流路断面積を規定するパラメータであり、開度θの制御とは、流路断面積の制御とも言える。
【００３５】
なお、可変ノズル４２ａの具体的な構成については任意であり、例えばタービン４３の外周の位置にて周方向に複数配列されているものであって回動することによって流路断面積が調整されるベーン等でもよい。この場合、開度θとは、ベーンの回動角度に対応する。また、可変ノズル４２ａは、排出流路４１を絞るものであってその絞り具合を変更可能な可変絞りとも言える。
【００３６】
供給圧力ＰＩは、可変ノズル４２ａの開度θに応じて変化する。このため、供給圧力ＰＩは、可変ノズル４２ａの開度θによって制御されるパラメータである。
アクチュエータ４２ｂは、可変ノズル４２ａの開度θが変更されるように可変ノズル４２ａを駆動するものである。開度θの制御は、アクチュエータ４２ｂの制御によって実現される。
【００３７】
タービン４３は、変更部４２を通過した排出ガスの流体エネルギを機械的エネルギに変換するものである。詳細には、タービン４３は、羽根が形成されたインペラで構成されており、可変ノズル４２ａを通過した排出ガスが吹き付けられることによって回転するように構成されている。この場合、排出ガスは、タービン４３を通過することによって膨張する。これにより、タービン４３から排出されるガスは、タービン４３に導入される排出ガス、換言すれば可変ノズル４２ａを通過した排出ガスと比較して、低圧且つ低温となっている。なお、図示の都合上、可変ノズル４２ａとタービン４３とは別体で示したが、実際には両者は一体化されている。
【００３８】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１から排出される排出ガスの圧力を検出する圧力検出部５１を備えている。圧力検出部５１は、カソード流路１３の排出口１３ｂから可変ノズル４２ａに向かう排出ガスの圧力を検出する。
【００３９】
なお、圧力検出部５１によって検出される排出ガスの圧力と供給圧力ＰＩとの間には相関関係がある。詳細には、供給圧力ＰＩは、上記排出ガスの圧力よりも、第２圧縮ガスがカソード流路１３を流れることによって生じる損失に対応する分だけ高い。また、当該損失が無視できる場合には、排出ガスの圧力と供給圧力ＰＩとは同一とみなすことができる。このため、本燃料電池システム１０は、圧力検出部５１の検出結果から供給圧力ＰＩを把握できる。この点に着目すれば、圧力検出部５１は、供給圧力ＰＩを検出するのに用いられるものであるとも言える。
【００４０】
燃料電池システム１０は、ターボコンプレッサ３２のインペラ３２ａとタービン４３とを連結する連結部５２を備えている。ターボコンプレッサ３２のインペラ３２ａとタービン４３とは、連結部５２によって一体回転するようになっている。したがって、排出ガスによってタービン４３が回転することによって自ずとターボコンプレッサ３２が駆動することとなる。すなわち、タービン４３は、可変ノズル４２ａによって絞られた状態で導入される排出ガスから得た回転力によってターボコンプレッサ３２を駆動する。したがって、ターボコンプレッサ３２を駆動させるための専用の電動モータを設けることなく、２段階の圧縮が実現されている。この場合、ターボコンプレッサ３２とタービン４３との回転速度ｖは同一となる。なお、説明の便宜上、以降の説明において、ターボコンプレッサ３２とタービン４３との回転速度ｖを単にタービン回転速度ｖという。
【００４１】
ここで、タービン４３の効率η（以降、単に「タービン効率η」という。）は、タービン回転速度ｖに応じて変化する。タービン効率ηとは、例えばタービン４３での消費熱量に対するタービン４３の出力（動力）の比率であり、詳細にはタービン４３に導入されるガス（すなわち排出ガス）の熱量とタービン４３から排出されるガスの熱量との差に対する、タービン４３の出力の比率である。タービン効率ηが高いと、ターボコンプレッサ３２の圧力比である第２圧力比Ｒｂが高くなり易い一方、タービン効率ηが低いと、第２圧力比Ｒｂが低くなり易い。なお、第２圧力比Ｒｂとは、第１圧縮ガスの圧力Ｐ１に対する供給圧力ＰＩの比率（＝ＰＩ／Ｐ１）である。
【００４２】
これに対して、本実施形態の燃料電池システム１０は、タービン効率ηを高める構成を備えている。当該構成について、本燃料電池システム１０の制御に関する構成とともに説明する。
【００４３】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、接続流路３４を流れる第１圧縮ガスと熱交換を行う熱交換装置６０と、ターボコンプレッサ３２に吸入される第１圧縮ガスの温度であるターボ吸入温度Ｔｖを検出するターボ吸入温度検出部６７と、を備えている。
【００４４】
熱交換装置６０は、冷媒が流れる冷媒流路６１と、冷媒流路６１に冷媒を循環させるポンプ装置６２と、熱交換を行う熱交換部６３及びラジエータ６４と、第１圧縮ガスの冷却に用いられるファン６５と、ファン駆動部６６と、を備えている。
【００４５】
冷媒流路６１は、冷媒が循環するように閉じたループ形状となっている。本実施形態では、冷媒流路６１は、車両に搭載されている他の冷媒流路とは別に独立して設けられている。なお、本実施形態では、冷媒は液体である。但し、これに限られず、冷媒は気体でもよい。
【００４６】
ポンプ装置６２は、冷媒流路６１に設けられており、冷媒の吸入及び吐出を行うことにより、所定の速度で冷媒を循環させるものである。この場合、冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量は、ポンプ装置６２の駆動態様によって変化する。例えば、ポンプ装置６２が回転体を有しており、当該回転体が回転することにより冷媒を循環させるように構成されている場合には、ポンプ装置６２の駆動態様とは回転体の回転速度である。ポンプ装置６２の具体的な構成は、トロコイド式等、任意である。
【００４７】
熱交換部６３は、第１圧縮ガスの熱を冷媒に伝達させるものである。熱交換部６３は、熱伝導率の高い材料で構成されており、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。熱交換部６３内には、冷媒流路６１の一部と、接続流路３４の一部とが形成されており、両者は互いに近接する位置にて並設されている。熱交換部６３を介して、冷媒流路６１の冷媒と第１圧縮ガスとの間で熱交換が行われる。換言すれば、熱交換部６３は、冷媒流路６１の冷媒と、接続流路３４の第１圧縮ガスとを熱的に結合させるものである。
【００４８】
ラジエータ６４の内部には、冷媒流路６１の一部が形成されている。冷媒は、ラジエータ６４内を流れることにより、ラジエータ６４と熱交換を行う。すなわち、ラジエータ６４は、当該ラジエータ６４内を流れる冷媒の熱を吸収する。なお、ラジエータ６４の具体的な構成については任意である。
【００４９】
本実施形態では、ファン６５は、ラジエータ６４に対して空気を送風することにより、ラジエータ６４を冷却するものである。すなわち、本実施形態では、ファン６５の送風対象、すなわち冷却対象はラジエータ６４である。
【００５０】
ファン駆動部６６は、ファン６５を駆動させるものである。ファン駆動部６６は、例えばファン６５を回転させるモータと、当該モータを駆動させるインバータ回路とを有している。ファン駆動部６６は、ファン６５を回転させたり停止させたりすることができるとともに、ファン６５の回転速度を変更可能に構成されている。
【００５１】
かかる構成によれば、接続流路３４を流れる第１圧縮ガスの熱は、熱交換部６３を介して、冷媒流路６１の冷媒に伝達される。そして、冷媒の熱は、ラジエータ６４に伝達され、当該ラジエータ６４の熱は、ファン６５によって送風される空気に放出される。すなわち、第１圧縮ガスは、熱交換部６３、冷媒及びラジエータ６４を介して、ファン６５によって冷却されている。
【００５２】
ここで、冷媒に対するラジエータ６４の吸熱量は、ラジエータ６４に供給される空気の流量に応じて変化する。そして、ラジエータ６４に供給される空気の流量は、ファン６５の回転速度に応じて変化する。このため、ファン６５の回転速度を調整することによって、冷媒の温度を調整することができ、それを通じてターボ吸入温度Ｔｖを調整できる。すなわち、本実施形態の熱交換装置６０は、ファン６５の回転速度が制御されることによってターボ吸入温度Ｔｖを調整可能に構成されている。
【００５３】
本願発明者らは、ターボコンプレッサ３２に吸入される第１圧縮ガスの温度であるターボ吸入温度Ｔｖと、タービン回転速度ｖとの間に相関関係が存在すること、詳細にはターボ吸入温度Ｔｖが変化するとタービン回転速度ｖが変化することを見出した。具体的には、例えば、ターボ吸入温度Ｔｖが第１温度である条件下において燃料電池スタック１１が所定の発電量だけ発電するように本燃料電池システム１０が動作している場合において、ファン６５の回転速度の変更によってターボ吸入温度Ｔｖが第１温度から第２温度に変化すると、それに伴ってタービン回転速度ｖが変化する。すなわち、タービン回転速度ｖは、ターボ吸入温度Ｔｖによって制御されるパラメータであり、詳細にはファン６５の回転速度によって制御されるパラメータである。
【００５４】
ターボ吸入温度検出部６７は、接続流路３４における熱交換部６３の下流側の部分に設けられている。ターボ吸入温度検出部６７は、ターボ吸入温度Ｔｖ、詳細にはターボコンプレッサ３２に吸入されるものであって熱交換装置６０との熱交換が行われた後の第１圧縮ガスの温度を検出する。なお、ターボ吸入温度検出部６７は例えば温度センサである。
【００５５】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、電動モータ３１ｂ、変更部４２（アクチュエータ４２ｂ）、ポンプ装置６２、及びファン６５をそれぞれ制御する制御部として機能する制御装置７０を備えている。
【００５６】
制御装置７０は、スタック温度Ｔｓ、ターボ吸入温度Ｔｖ、及び供給圧力ＰＩを把握する把握部７１を備えている。詳細には、スタック温度検出部１４、ターボ吸入温度検出部６７、及び圧力検出部５１はそれぞれ、その検出結果を制御装置７０に出力する。制御装置７０の把握部７１は、スタック温度検出部１４の検出結果に基づいてスタック温度Ｔｓを把握し、ターボ吸入温度検出部６７の検出結果に基づいてターボ吸入温度Ｔｖを把握する。把握部７１は、圧力検出部５１の検出結果に基づいて供給圧力ＰＩを把握する。
【００５７】
スタック温度Ｔｓは、燃料電池システム１０の動作状況に応じて変動する。このため、把握部７１は、値が相違する複数種類のスタック温度Ｔｓを把握することとなる。なお、説明の便宜上、把握部７１によって把握される複数種類のスタック温度Ｔｓを、スタック温度Ｔｓ１，Ｔｓ２，…，Ｔｓｎ（但し、ｎは任意の自然数）と示す場合がある。
【００５８】
更に把握部７１は、燃料電池システム１０に要求される要求発電量Ｐｗを把握する。詳細には、制御装置７０は、車両に搭載されている車両ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、信号のやり取りを行う。車両ＥＣＵ１００は、車両に設けられているアクセルペダルの操作態様等に基づいて要求発電量Ｐｗを算出し、その要求発電量Ｐｗを制御装置７０の把握部７１に通知する。把握部７１は、車両ＥＣＵ１００からの通知に基づいて、要求発電量Ｐｗを把握する。
【００５９】
車両ＥＣＵ１００は、状況に応じて異なる値の要求発電量Ｐｗを制御装置７０の把握部７１に通知する。このため、把握部７１は、値が相違する複数種類の要求発電量Ｐｗを把握する。なお、説明の便宜上、把握部７１によって把握される複数種類の要求発電量Ｐｗを、要求発電量Ｐｗ１，Ｐｗ２，…，Ｐｗｍ（但し、ｍは任意の自然数）と示す場合がある。また、把握部７１は、スタック温度Ｔｓ、ターボ吸入温度Ｔｖ、供給圧力ＰＩ及び要求発電量Ｐｗを取得する取得部とも言える。
【００６０】
制御装置７０は、把握部７１によって把握された要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓと、タービン効率ηとに基づいて、可変ノズル４２ａの開度θ及び電動モータ３１ｂのトルクＮを制御するとともに、ターボ吸入温度Ｔｖ、本実施形態ではファン６５の回転速度を制御する。これらの具体的な制御態様について以下に詳細に説明する。
【００６１】
制御装置７０は、把握部７１の把握結果に基づいて、可変ノズル４２ａの目標開度θｘ、電動モータ３１ｂの目標トルクＮｘ、及びターボ吸入温度Ｔｖの目標値である目標温度Ｔｖｘを導出する導出部７２を備えている。導出部７２は、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘを導出するのに用いられる導出データ７２ａを備えている。
【００６２】
図２に示すように、導出データ７２ａは、例えば要求発電量Ｐｗとスタック温度Ｔｓとに対応付けて、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘが設定されているマップデータである。例えば、第１要求発電量Ｐｗ１及び第１スタック温度Ｔｓ１に対応させて、目標開度θｘ（１，１）、目標トルクＮｘ（１，１）及び目標温度Ｔｖｘ（１，１）が設定されている。
【００６３】
また、複数種類の要求発電量Ｐｗ１，Ｐｗ２，…，Ｐｗｍと複数種類のスタック温度Ｔｓ１，Ｔｓ２，…，Ｔｓｎとが把握されることに対応させて、導出データ７２ａでは、各要求発電量Ｐｗ１，Ｐｗ２，…，Ｐｗｍのそれぞれに対して複数種類のスタック温度Ｔｓ１，Ｔｓ２，…，Ｔｓｎが対応付けられて設定されている。そして、導出データ７２ａでは、要求発電量Ｐｗ１，Ｐｗ２，…，Ｐｗｍ及びスタック温度Ｔｓ１，Ｔｓ２，…，Ｔｓｎの組み合わせに対応する目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘが設定されている。例えば、第ｍ要求発電量Ｐｗｍ及び第ｎスタック温度Ｔｓｎに対応させて、目標開度θｘ（ｍ，ｎ）、目標トルクＮｘ（ｍ，ｎ）及び目標温度Ｔｖｘ（ｍ，ｎ）が設定されている。
【００６４】
導出部７２は、把握部７１によって要求発電量Ｐｗが把握された場合、すなわち車両ＥＣＵ１００から要求発電量Ｐｗの通知があった場合には、導出データ７２ａを参照することにより、当該要求発電量Ｐｗと把握部７１によって把握された現在のスタック温度Ｔｓとの双方に対応した目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘを導出する。
【００６５】
そして、制御装置７０は、可変ノズル４２ａの開度θが目標開度θｘとなるように変更部４２のアクチュエータ４２ｂを制御し、電動モータ３１ｂが目標トルクＮｘで駆動するように電動モータ３１ｂを制御する。
【００６６】
更に、制御装置７０は、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘに一致するように、ターボ吸入温度検出部６７の検出結果に基づいて熱交換装置６０を制御する。詳細には、制御装置７０は、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘとなるように、ターボ吸入温度検出部６７の検出結果に基づいてファン６５の回転速度をフィードバック制御する。実際には、制御装置７０は、ファン駆動部６６の駆動態様の制御（例えばインバータ制御）を行う。
【００６７】
なお、本実施形態では、制御装置７０は、冷媒が一定の速度で冷媒流路６１を流れるようにポンプ装置６２を制御する。このため、冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量は一定となっている。
【００６８】
次に、要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓと、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘとの関係について説明する。
燃料電池スタック１１の発電量は、スタック温度Ｔｓと、燃料電池スタック１１に供給される第２圧縮ガスの流量及び圧力である供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩとに依存する。かかる構成においては、スタック温度Ｔｓが把握されれば、燃料電池スタック１１の発電量を要求発電量Ｐｗにするために必要な供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩが決まる。説明の便宜上、要求発電量Ｐｗを発電するために必要な供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩを、目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘとする。
【００６９】
ここで、既に説明したとおり、供給流量ＦＩは、電動モータ３１ｂのトルクＮに依存しており、供給圧力ＰＩは、可変ノズル４２ａの開度θに依存している。また、タービン効率ηは、タービン回転速度ｖに応じて変化するものであり、当該タービン回転速度ｖは、ターボ吸入温度Ｔｖに応じて変化する。
【００７０】
この場合、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘは、開度θ、トルクＮ及びターボ吸入温度Ｔｖが目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘである条件下において、供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩが目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘとなり且つタービン効率ηが最大となるように、スタック温度Ｔｓに対応させて設定されている。
【００７１】
具体的には、目標開度θｘは、供給圧力ＰＩが目標圧力ＰＩｘとなるように設定されている。
目標温度Ｔｖｘは、タービン効率ηに基づいて設定されている。詳細には、供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩが目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘとなっている条件下においてタービン効率ηが最大となるタービン回転速度ｖを目標回転速度ｖｘとすると、目標温度Ｔｖｘは、タービン回転速度ｖが目標回転速度ｖｘとなるターボ吸入温度Ｔｖに設定されている。
【００７２】
ここで、ターボコンプレッサ３２の圧力比である第２圧力比Ｒｂは、タービン回転速度ｖ（換言すればターボ吸入温度Ｔｖ）に応じて変化する。このため、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘに設定されている場合、第２圧力比Ｒｂは一義的に定まる。
【００７３】
また、電動コンプレッサ３１の圧力比である第１圧力比Ｒａ、及び、電動コンプレッサ３１の消費電力は、トルクＮに応じて異なる。なお、第１圧力比Ｒａとは、吸入流路３３から電動コンプレッサ３１に吸入される酸化剤ガスの圧力Ｐ０に対する第１圧縮ガスの圧力Ｐ１の比率（＝Ｐ１／Ｐ０）である。電動コンプレッサ３１に吸入される酸化剤ガスの圧力Ｐ０とは、例えば大気圧である。
【００７４】
かかる構成において、電動コンプレッサ３１に吸入される酸化剤ガスの圧力Ｐ０に対する目標圧力ＰＩｘの比率を目標圧力比Ｒｘ（＝ＰＩｘ／Ｐ０）とする。この場合、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘに設定されている条件下、すなわちタービン回転速度ｖが目標回転速度ｖｘとなっている条件下において、電動コンプレッサ３１に吸入される酸化剤ガスの圧力Ｐ０に対する供給圧力ＰＩの比率（＝ＰＩ／Ｐ０）が目標圧力比Ｒｘとなるための第１圧力比Ｒａを、特定圧力比Ｒａｘとする。この場合、目標トルクＮｘは、運転可能な範囲内において、供給流量ＦＩが目標流量ＦＩｘとなり、且つ、第１圧力比Ｒａが特定圧力比Ｒａｘとなる値に設定されている。
【００７５】
ちなみに、目標温度Ｔｖｘがタービン効率ηに基づいて設定されている点に着目すれば、導出部７２は、要求発電量Ｐｗ、スタック温度Ｔｓ及びタービン効率ηに基づいて、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘを導出しているものと言える。
【００７６】
なお、把握部７１は、定期的に、圧力検出部５１の検出結果に基づいて供給圧力ＰＩを把握し、制御装置７０は、その把握結果に基づいて可変ノズル４２ａの開度θの微調整等を行ってもよい。この場合、導出部７２は、要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘに加えて、目標圧力ＰＩｘを導出し、制御装置７０は、供給圧力ＰＩが目標圧力ＰＩｘとなるように可変ノズル４２ａの開度θをフィードバック制御するとよい。
【００７７】
次に本実施形態の作用について説明する。
ターボ吸入温度Ｔｖが制御されることによって、タービン回転速度ｖがタービン効率ηに基づいて設定された目標回転速度ｖｘとなるため、タービン効率ηが高くなっている。これにより、高効率でターボコンプレッサ３２が駆動するため、第２圧力比Ｒｂが高くなり易い。これに伴って、目標圧力比Ｒｘを得るために必要な第１圧力比Ｒａである特定圧力比Ｒａｘが低くなり易いため、電動モータ３１ｂのトルクＮが小さくて済み易い。したがって、電動コンプレッサ３１における消費電力が小さくなり易い。
【００７８】
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）電動コンプレッサ３１とターボコンプレッサ３２とによって、酸化剤ガスが圧縮される。これにより、電動コンプレッサ３１のみの場合と比較して、要求発電量Ｐｗに対して必要となる電動コンプレッサ３１の圧力比である第１圧力比Ｒａが小さくなる。したがって、電動コンプレッサ３１の消費電力の低減を図ることができる。また、ターボコンプレッサ３２は、タービン４３の回転力を用いて駆動されるものであるため、駆動源として専用の電動モータ等を別途必要としない。
【００７９】
更に、ターボ吸入温度Ｔｖは、熱交換装置６０によって、把握部７１の把握結果とタービン効率ηとに基づいて導出される目標温度Ｔｖｘとなっている。これにより、供給圧力ＰＩの変動（換言すれば可変ノズル４２ａの開度θの変更）を抑制しつつ、タービン回転速度ｖを目標値、詳細にはタービン効率ηが高い値にできる。
【００８０】
詳述すると、タービン回転速度ｖを制御するものとしては、例えば可変ノズル４２ａの開度θが考えられる。しかしながら、可変ノズル４２ａの開度θは、供給圧力ＰＩに寄与するパラメータである。このため、仮にタービン効率ηが高いタービン回転速度ｖに対応させて可変ノズル４２ａの開度θが設定されると、供給圧力ＰＩが要求発電量Ｐｗに対応する値（目標圧力ＰＩｘ）から乖離し、燃料電池スタック１１において要求発電量Ｐｗに相当する発電量が得られなくなる場合がある。
【００８１】
これに対して、本実施形態の燃料電池システム１０は、タービン回転速度ｖを制御するパラメータとして、新たにターボ吸入温度Ｔｖを採用し、このターボ吸入温度Ｔｖを制御するための構成である熱交換装置６０を備えている。これにより、可変ノズル４２ａの開度θを供給圧力ＰＩに対応する値に設定しつつ、タービン回転速度ｖを制御できる。
【００８２】
（２）目標温度Ｔｖｘは、タービン回転速度ｖが目標回転速度ｖｘとなるターボ吸入温度Ｔｖである。目標回転速度ｖｘは、供給流量ＦＩ及び供給圧力ＰＩが、把握部７１によって把握される要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓに対応した目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘとなっている条件下においてタービン効率ηが最大となるタービン回転速度ｖである。かかる構成によれば、タービン効率ηを最大にすることができるため、電動コンプレッサ３１の消費電力を小さくできる。
【００８３】
（３）制御装置７０は、ターボ吸入温度検出部６７の検出結果に基づいて、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘとなるように熱交換装置６０を制御する。かかる構成によれば、ターボ吸入温度検出部６７によってターボ吸入温度Ｔｖを直接的に把握できる。これにより、ターボ吸入温度Ｔｖの制御を精度よく行うことができる。
【００８４】
特に、本燃料電池システム１０は、ターボ吸入温度Ｔｖの制御によってタービン回転速度ｖを制御している。このため、例えば接続流路３４を流れる第１圧縮ガスの温度を可能な範囲内で低くするといった目標温度Ｔｖｘが明確に定められていない制御では、タービン回転速度ｖを適切に制御することができず、タービン効率ηの向上を図ることができないという不都合が生じ得る。
【００８５】
これに対して、本実施形態によれば、上述した通り、導出部７２によって目標温度Ｔｖｘが導出され、ターボ吸入温度検出部６７によって検出されるターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘと一致するように制御されるため、タービン回転速度ｖを適切に制御でき、上記不都合を抑制できる。
【００８６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、制御装置７０は、ファン６５の回転速度を制御することにより、ターボ吸入温度Ｔｖの制御を行う構成であったが、これに限られない。例えば、制御装置７０は、ファン６５の回転速度に代えて、冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量を制御することにより、ターボ吸入温度Ｔｖを制御する構成でもよい。詳細には、制御装置７０は、ポンプ装置６２の駆動態様を制御することにより、冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量を制御するとよい。この場合、ファン６５を省略してもよい。
【００８７】
また、制御装置７０は、ファン６５の回転速度及び冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量の双方を制御する構成でもよい。要は、制御装置７０は、ファン６５の回転速度及び冷媒流路６１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量の少なくとも一方を制御すればよい。
【００８８】
○  実施形態の冷媒流路６１は、独立して設けられていたが、これに限られず、燃料電池システム１０とは別に設けられているものであって車両に搭載されている他の冷媒流路と兼用される構成でもよい。例えば、本燃料電池システム１０の冷媒流路６１は、上記他の冷媒流路の一部が延設されることによって形成されている構成でもよい。この場合、上記他の冷媒流路にポンプ装置が設けられている場合には、冷媒流路６１上のポンプ装置６２を省略してもよい。すなわち、燃料電池システム１０がポンプ装置６２を備えることは必須ではない。なお、上記のように、冷媒流路６１及び上記他の冷媒流路の両者において同一の冷媒を用いる構成においては、ターボ吸入温度Ｔｖの制御が可能となるように、制御装置７０が、冷媒流路６１及び上記他の冷媒流路を流れる冷媒を制御できるように構成されているとよい。この場合、上記他の冷媒流路から冷媒流路６１を通じてラジエータ６４に流れ込む冷媒の温度に関わらず、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘと一致するように熱交換装置６０を制御することができることが望ましい。
【００８９】
○  熱交換装置６０の具体的な構成は、実施形態のものに限られず、第１圧縮ガスと熱交換可能であってその熱交換態様が制御可能であれば任意である。例えば、ファン６５の送風対象は、ラジエータ６４に限られず、熱交換部６３でもよい。
【００９０】
○  目標回転速度ｖｘは、実施形態では、タービン効率ηが最大となるタービン回転速度ｖであったが、これに限られず、これ以外の値に設定されていてもよい。
例えば、目標回転速度ｖｘは、タービン効率ηが予め定められた閾値効率以上となるタービン回転速度ｖに設定されていてもよい。この場合であっても、燃料電池スタック１１において要求発電量Ｐｗの発電を実現しつつタービン効率ηが閾値効率以上となる状態を実現できる。換言すれば、制御装置７０は、タービン効率ηが閾値効率未満とならないようにターボ吸入温度Ｔｖを制御してもよい。
【００９１】
また、例えば、第２圧力比Ｒｂが最大になるタービン回転速度ｖと、タービン効率ηが最大となるタービン回転速度ｖとが異なる場合には、目標回転速度ｖｘは、第２圧力比Ｒｂが最大になるタービン回転速度ｖに設定されていてもよい。更に、目標回転速度ｖｘは、タービン効率ηと電動コンプレッサ３１の消費電力とを考慮して、燃料電池システム１０の全体の発電効率が最大となるタービン回転速度ｖに設定されていてもよい。
【００９２】
○  ターボ吸入温度検出部６７を省略してもよい。この場合、導出データ７２ａには、ターボ吸入温度Ｔｖに代えてファン６５の目標回転速度が設定されており、制御装置７０は、ファン６５の回転速度が目標回転速度となるようにファン６５（ファン駆動部６６）を制御してもよい。かかる構成において、ファン６５の目標回転速度は、ターボ吸入温度Ｔｖが目標温度Ｔｖｘとなる値に設定される。
【００９３】
○  導出部７２の具体的な構成、すなわち目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘを導出する具体的な制御態様は、実施形態のものに限られず任意である。例えば、導出データ７２ａは、マップデータではなく関数データであってもよい。また、導出部７２は、要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓに基づいて、目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘを導出し、その導出された目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘに基づいて、目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘを導出する構成でもよい。この場合、導出部７２は、要求発電量Ｐｗ及びスタック温度Ｔｓに対して目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘが対応付けられたデータと、目標流量ＦＩｘ及び目標圧力ＰＩｘに対して目標開度θｘ、目標トルクＮｘ及び目標温度Ｔｖｘが対応付けられたデータとを有し、これらのデータを用いて導出処理を行うとよい。
【００９４】
○  把握部７１及び導出部７２の少なくとも一方は、制御装置７０とは別に設けられていてもよい。要は、制御装置７０が把握部７１及び導出部７２を備えていることは必須ではなく、燃料電池システム１０が、全体として、「把握部」、「導出部」及び「制御部」を有していればよい。
【００９５】
○  燃料電池システム１０の搭載対象は、車両に限られず、燃料電池システム１０において要求される発電量が動作状況によって都度変化する他の電動式機械であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０…燃料電池システム、１１…燃料電池スタック（燃料電池）、１４…スタック温度検出部、３１…電動コンプレッサ、３１ａ…圧縮部、３１ｂ…電動モータ、３２…ターボコンプレッサ、３２ａ…インペラ、３４…接続流路、４１…排出流路、４２…変更部、４２ａ…可変ノズル、４２ｂ…アクチュエータ、４３…タービン、５２…連結部、６０…熱交換装置、６１…冷媒流路、６２…ポンプ装置、６３…熱交換部、６４…ラジエータ、６５…ファン、６７…ターボ吸入温度検出部、７０…制御装置、７１…把握部、７２…導出部、７２ａ…導出データ、Ｐｗ…要求発電量、Ｔｓ…スタック温度（燃料電池の温度）、Ｔｖ…ターボ吸入温度、Ｔｖｘ…目標温度、ＰＩ…供給圧力、ＰＩｘ…目標圧力、ＦＩ…供給流量、ＦＩｘ…目標流量、θ…開度、θｘ…目標開度、Ｎ…トルク、Ｎｘ…目標トルク、ｖ…タービン回転速度、ｖｘ…目標回転速度、η…タービン効率、Ｒａｘ…特定圧力比、Ｒｘ…目標圧力比。
【図１】
2018139194.tif 000003
【図２】
2018139194.tif 000004