(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、ターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、空気供給流路と、空気排出流路と、バイパス流路と、ターボコンプレッサと、調圧弁と、バイパス弁と、制御部とを備える。制御部は、ターボコンプレッサの動作点を、サージング領域の外側における第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、空気供給流路における空気の流量および圧力を含む運転動作点を取得するとともに、運転動作点とサージング領域との距離を算出する処理を繰り返し、該距離が閾値を超える場合は、調圧弁とバイパス弁との開度を、ターボコンプレッサが要求動作点で動作するように設定し、該距離が閾値以下である場合は、調圧弁とバイパス弁との少なくとも一方の開度を、ターボコンプレッサが要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正を行う。【選択図】図３
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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、
前記燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と、
前記燃料電池から空気を排出するための空気排出流路と、
前記空気供給流路内の空気を、前記燃料電池を介することなく排出するためのバイパス流路と、
前記空気供給流路における前記バイパス流路との接続部より上流側に設けられ、前記空気供給流路に空気を供給するためのターボコンプレッサと、
前記空気排出流路に設けられた調圧弁と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
前記燃料電池の発電に要求される空気の流量および圧力を含む要求動作点に応じて前記ターボコンプレッサの駆動と前記調圧弁の開度と前記バイパス弁の開度とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ターボコンプレッサの動作点を、前記ターボコンプレッサにサージングが生じる動作点の範囲であるサージング領域の外側におけるそれぞれの動作点である第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、前記空気供給流路における前記空気の流量および圧力を含む運転動作点を取得するとともに、前記運転動作点と前記サージング領域との距離を算出する処理を繰り返し、
前記距離が閾値を超える場合は、前記調圧弁と前記バイパス弁との開度を、前記ターボコンプレッサが前記要求動作点で動作するように設定し、
前記距離が前記閾値以下である場合は、前記調圧弁と前記バイパス弁との少なくとも一方の開度を、前記ターボコンプレッサが前記要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正を行う、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記補正を行う際に、前記運転動作点における空気の流量と、前記要求動作点で動作するように設定した空気の流量との差が、予め定められた流量以上である場合は、前記バイパス弁の開度に対して前記補正を行う、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記補正を行う際に、前記距離が大きいほど開度を大きくする量を減少させる、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記補正を行う際に、前記ターボコンプレッサにおける単位時間当たりの回転数の変化量を、前記補正が行われない場合よりも小さくする、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記補正を行う際に、前記調圧弁の開度と前記バイパス弁の開度とのいずれか一方における単位時間当たりの開度の変化量を、前記補正が行われない場合よりも小さくする、
燃料電池システム。
【請求項６】
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、
前記燃料電池に空気を供給するターボコンプレッサの動作点を、前記ターボコンプレッサにサージングが生じる動作点の範囲であるサージング領域の外側におけるそれぞれの動作点である第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、前記ターボコンプレッサが設けられた空気供給流路における空気の流量および圧力を含む運転動作点を取得するとともに、前記運転動作点と前記サージング領域との距離を算出する処理を繰り返し、
前記距離が閾値を超える場合は、前記燃料電池から空気を排出する空気排出流路に設けられた調圧弁と、前記空気供給流路内の空気を前記燃料電池を介することなく排出するためのバイパス流路に設けられたバイパス弁との開度を、前記ターボコンプレッサが前記燃料電池の発電に要求される空気の流量および圧力を含む要求動作点で動作するように設定し、
前記距離が前記閾値以下である場合は、前記調圧弁と前記バイパス弁との少なくとも一方の開度を、前記ターボコンプレッサが前記要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正を行う、
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、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに関して、例えば、特許文献１には、燃料電池の要求する空気流量及び空気圧とで定められるターボコンプレッサの要求動作点が、サージング領域に含まれる場合は、ターボコンプレッサの目標動作点をサージング領域に含まれない動作点にすることが開示されている。「サージング領域」とは、ターボコンプレッサにサージングが生じる動作点の範囲を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２３５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ターボコンプレッサの動作点を移行させる際、ターボコンプレッサの吐出する空気流量の変化に付随して、ターボコンプレッサの吐出側における空気圧が変化するため、目標動作点と実際に運転される動作点との間に差が生じる場合がある。この場合、目標動作点をサージング領域に含まれない動作点に設定したとしても、実際の動作点が、動作点の移行中に、サージング領域に入る可能性がある。そのため、実際の動作点がサージング領域に入ってしまうことを、より確実に回避できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題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。
【０００６】
（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；前記燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と；前記燃料電池から空気を排出するための空気排出流路と；前記空気供給流路内の空気を、前記燃料電池を介することなく排出するためのバイパス流路と；前記空気供給流路における前記バイパス流路との接続部より上流側に設けられ、前記空気供給流路に空気を供給するためのターボコンプレッサと；前記空気排出流路に設けられた調圧弁と；前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と；前記燃料電池の発電に要求される空気の流量および圧力を含む要求動作点に応じて前記ターボコンプレッサの駆動と前記調圧弁の開度と前記バイパス弁の開度とを制御する制御部と；を備える。前記制御部は、前記ターボコンプレッサの動作点を、前記ターボコンプレッサにサージングが生じる動作点の範囲であるサージング領域の外側におけるそれぞれの動作点である第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、前記空気供給流路における前記空気の流量および圧力を含む運転動作点を取得するとともに、前記運転動作点と前記サージング領域との距離を算出する処理を繰り返し；前記距離が閾値を超える場合は、前記調圧弁と前記バイパス弁との開度を、前記ターボコンプレッサが前記要求動作点で動作するように設定し；前記距離が前記閾値以下である場合は、前記調圧弁と前記バイパス弁との少なくとも一方の開度を、前記ターボコンプレッサが前記要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正を行う。
この形態の燃料電池システムによれば、調圧弁とバイパス弁との少なくとも一方の開度が、ターボコンプレッサが要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正されることによって、ターボコンプレッサの運転動作点は、サージング領域から遠ざかる。このため、ターボコンプレッサの動作点を移行する際に、運転動作点がサージング領域に入ることを抑制できる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記補正を行う際に、前記運転動作点における空気の流量と、前記要求動作点で動作するように設定した空気の流量との差が、予め定められた流量以上である場合は、前記バイパス弁の開度に対して前記補正を行ってもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、運転動作点における空気の流量が上振れしても、バイパス弁の開度について補正が行われて、ターボコンプレッサの吐出側の空気の圧力が低減される。このため、運転動作点における空気の流量が上振れすることに付随して、吐出側の空気の圧力が上振れすることが抑制され、ターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることをより確実に抑制できる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記補正を行う際に、前記距離が大きいほど開度を大きくする量を減少させてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、閾値を境にして、調圧弁とバイパス弁との開度が急激に変化させられることが抑制される。このため、運転動作点における空気の流量や圧力が、要求動作点における流量や圧力に対して上振れと下振れとを繰り返すハンチングの発生を抑制できる。
【０００９】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記補正を行う際に、前記ターボコンプレッサにおける単位時間当たりの回転数の変化量を、前記補正が行われない場合よりも小さくしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、ターボコンプレッサの回転数が急激に変化することに伴い、要求動作点で動作するように設定した空気の流量と圧力と、運転動作点における空気の流量と圧力との間にずれが生じることが抑制され、ターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることを、より確実に抑制できる。
【００１０】
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記補正を行う際に、前記調圧弁の開度と前記バイパス弁の開度とのいずれか一方における単位時間当たりの開度の変化量を、前記補正が行われない場合よりも小さくしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、調圧弁とバイパス弁との開度が急激に変化することに伴い、要求動作点で動作するように設定した空気の流量と圧力と、運転動作点における空気の流量と圧力との間にずれが生じることが抑制され、ターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることを、より確実に抑制できる。
【００１１】
本発明は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法や、燃料電池車両や、ターボコンプレッサのサージング抑制方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す説明図。
【図２】ターボコンプレッサの性能特性を示す説明図。
【図３】第１実施形態におけるバルブ開度制御の処理内容を示すフローチャート。
【図４】第１実施形態におけるバルブ開度の補正量算出方法のイメージ図。
【図５】第１実施形態における空気量と空気圧とバルブ開度とを示すタイムチャート。
【図６】比較例における空気量と空気圧とバルブ開度とを示すタイムチャート。
【図７】ターボコンプレッサの運転動作点の軌跡を示す説明図。
【図８】第２実施形態におけるバルブ開度制御の処理内容を示すフローチャート。
【図９】バルブ開度補正の開始条件と終了条件とについての一例を示す説明図。
【図１０】第３実施形態におけるバルブ開度の補正量算出方法のイメージ図。
【図１１】サージング領域からの距離に応じた補正ゲインマップ。
【図１２】第４実施形態におけるバルブ開度制御の処理内容を示すフローチャート。
【図１３】第５実施形態におけるバルブ開度制御の処理内容を示すフローチャート。
【図１４】入口弁と調圧弁との他の態様を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の駆動用モータを駆動させるための発電装置として用いられる。燃料電池システム１０は、定置型の発電装置として用いてもよい。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、空気供給流路２１０と、空気排出流路２２０と、バイパス流路２３０と、ターボコンプレッサ２１２と、入口弁２１４と、調圧弁２２１と、バイパス弁２３１と、第１流量センサ２１１と、第２流量センサ２１５と、圧力センサ２１３と、制御部３００とを備えている。
【００１４】
本実施形態の燃料電池１００は、固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１００は、複数のセルが積層したスタック構造を有する。各セルは、電解質膜の両面に電極触媒層を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。各セルは、膜電極接合体のアノード側に燃料ガスである水素ガスが供給され、カソード側に酸化ガスである空気が供給されることにより、電気化学反応により起電力を発生する。各セル同士は、直列に接続されている。尚、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するための冷媒が循環する冷却水流路が接続されていてもよい。
【００１５】
空気供給流路２１０は、燃料電池１００のカソード側に空気を供給するための流路である。空気供給流路２１０には、上流側から、第１流量センサ２１１と、ターボコンプレッサ２１２と、圧力センサ２１３と、入口弁２１４と、第２流量センサ２１５とが設けられている。
【００１６】
ターボコンプレッサ２１２は、空気供給流路２１０における上流側に配置されている。本実施形態のターボコンプレッサ２１２は、遠心式圧縮機である。ターボコンプレッサ２１２は、モータによって駆動される。ターボコンプレッサ２１２は、吸入側から大気中の空気を吸い込んで、ターボコンプレッサ２１２内に設けられた羽根車の回転によって空気を加圧し、吐出側から空気供給流路２１０に加圧された空気を供給する。尚、ターボコンプレッサ２１２として、軸流式圧縮機を用いてもよい。
【００１７】
入口弁２１４は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１２と燃料電池１００との間に設けられている。入口弁２１４の開度が変更されることによって、空気供給流路２１０内の流路抵抗が変更される。本実施形態では、入口弁２１４として、バタフライバルブが用いられており、ＤＣモータにより駆動される電動弁として構成されている。制御部３００が、ＤＣモータの駆動を制御することにより、入口弁２１４の開度は制御される。尚、入口弁２１４は、必須の構成要素ではない。
【００１８】
第１流量センサ２１１は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１２よりも上流側に設けられている。第１流量センサ２１１は、空気供給流路２１０内の空気量を検知するためのセンサである。第１流量センサ２１１により取得された空気量の情報は、制御部３００に送信される。第１流量センサ２１１の取得する空気量は、ターボコンプレッサ２１２に吸入される空気量に相当する。尚、本明細書にて、「空気量」とは、空気の流量を意味する。
【００１９】
第２流量センサ２１５は、空気供給流路２１０における入口弁２１４と燃料電池１００との間に設けられている。第２流量センサ２１５は、空気供給流路２１０内の空気量を検知するためのセンサである。第２流量センサ２１５により取得された空気量の情報は、制御部３００に送信される。第２流量センサ２１５の取得する空気量は、燃料電池１００に供給される空気量に相当する。
【００２０】
圧力センサ２１３は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１２と入口弁２１４との間に設けられている。圧力センサ２１３は、空気供給流路２１０内の空気圧を検知するためのセンサである。圧力センサ２１３により取得された空気圧の情報は、制御部３００に送信される。圧力センサ２１３の取得する空気圧は、ターボコンプレッサ２１２から吐出される空気圧に相当する。尚、本明細書にて、「空気圧」とは、空気の圧力を意味する。
【００２１】
空気排出流路２２０は、燃料電池１００のカソード側から空気（カソードオフガス）を排出するための流路である。空気排出流路２２０には、調圧弁２２１が設けられている。
【００２２】
調圧弁２２１は、空気排出流路２２０の開度を調整するための弁である。本実施形態では、調圧弁２２１として、バタフライバルブが用いられており、ＤＣモータにより駆動される電動弁として構成されている。制御部３００が、ＤＣモータの駆動を制御することにより、調圧弁２２１の開度は制御される。
【００２３】
バイパス流路２３０は、空気供給流路２１０内の空気を、燃料電池１００を介することなく排出するための流路である。本実施形態のバイパス流路２３０は、ターボコンプレッサ２１２と入口弁２１４との間における空気供給流路２１０と、調圧弁２２１よりも下流側における空気排出流路２２０とを連通している。
【００２４】
バイパス弁２３１は、バイパス流路２３０に設けられている。バイパス弁２３１は、バイパス流路２３０の開度を調整するための弁である。本実施形態では、バイパス弁２３１として、バタフライバルブが用いられており、ＤＣモータにより駆動される電動弁として構成されている。制御部３００が、ＤＣモータの駆動を制御することにより、バイパス弁２３１の開度は制御される。
【００２５】
制御部３００は、ＣＰＵと、メモリと、各部品が接続されるインターフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池１００の発電に要求される空気量および空気圧を含む要求動作点に応じて、ターボコンプレッサ２１２の駆動と調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とを制御する。
【００２６】
図２は、ターボコンプレッサ２１２の性能特性を示す説明図である。横軸は、ターボコンプレッサの吐出空気量を表している。縦軸は、圧力比を表している。「吐出空気量」とは、単位時間にターボコンプレッサ２１２から吐出される空気量を意味する。「圧力比」とは、ターボコンプレッサ２１２の吸入側の空気圧（吸入空気圧）に対する吐出側の空気圧（吐出空気圧）の比を意味する。尚、燃料電池システム１０が大気圧の下で運転される場合、吸入空気圧は大気圧となるため、圧力比を吐出空気圧としてもよい。図２には、３つの圧力曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを示している。同じ圧力曲線上では、ターボコンプレッサ２１２が駆動される回転数は同じである。図２の上側に位置する圧力曲線ほど、ターボコンプレッサ２１２の回転数は大きい。圧力曲線は、ターボコンプレッサ２１２の回転数が同一の線として表されるため、「等回転数線」とも呼ぶ。
【００２７】
ターボコンプレッサ２１２の吐出空気量を低下させていくと、旋回失速等により空気を圧送できなくなるサージングが発生する。本明細書では、ターボコンプレッサ２１２にサージングが生じる動作点の範囲を「サージング領域」と呼び、サージングが発生しない動作点の範囲を「通常領域」と呼ぶ。サージング領域と通常領域との境界線を、「サージング限界線」と呼ぶ。サージング限界線は、吐出空気量を圧力曲線に沿って低流量側に減少させていき、サージングが発生する動作点を求め、これを複数の圧力曲線に対して行い、それぞれの圧力曲線ごとに求められたサージングが発生する動作点同士を結ぶことによって得られる。尚、「動作点」とは、ターボコンプレッサ２１２の吐出空気量と圧力比と回転数とによって定まる、ターボコンプレッサ２１２の運転状態を表す点である。
【００２８】
本明細書では、燃料電池１００の発電に要求される空気量および空気圧を含むターボコンプレッサ２１２の動作点を「要求動作点」と呼ぶ。要求動作点は、燃料電池１００の発電に要求される空気量（要求空気量）および燃料電池１００の発電に要求される空気圧（要求空気圧）に応じて変更される。図２には、ターボコンプレッサ２１２のサージング領域の外側に、動作点Ａと動作点Ｂとが示されている。例えば、燃料電池システム１０が燃料電池車両に搭載されている場合、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点に応じた動作点Ａにて運転されている際に、運転者がアクセルを緩め続けていくと、燃料電池１００に要求される発電電力が低下し、要求動作点は、動作点Ａよりも低流量、低圧力比である動作点Ｂに向かって徐々に変更されていく。制御部３００は、要求動作点の変更に応じてターボコンプレッサ２１２の動作点を動作点Ａから動作点Ｂに向かって移行させる間、各制御タイミングでの空気量の指令値と空気圧の指令値とを繰り返し設定する。本実施形態では、各制御タイミングの間隔は、ミリ秒オーダーである。また、本明細書では、空気供給流路２１０における空気量および空気圧を含む動作点を「運転動作点」と呼ぶ。運転動作点は、要求動作点に応じて実際に運転されているターボコンプレッサ２１２の動作点に相当する。
【００２９】
図３は、第１実施形態における調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度制御の処理内容を示すフローチャートである。この処理は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を、サージング領域の外側におけるそれぞれの動作点である第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、制御部３００によって繰り返し実行される。
【００３０】
まず、制御部３００は、第１流量センサ２１１によって取得した空気量と、圧力センサ２１３によって取得した空気圧とを用いて、現状の制御タイミングにおける運転動作点を取得し（ステップＳ１１０）、運転動作点とサージング領域との距離を算出する（ステップＳ１２０）。図２に示すように、本実施形態では、運転動作点とサージング領域との距離として、運転動作点での空気量と、運転動作点と同一圧力比のサージング限界線上の動作点での空気量との差ｄを用いる。
【００３１】
次に、制御部３００は、サージング領域からの距離が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。本実施形態では、サージング限界線での空気量の１０％に相当する距離を閾値としている。この閾値は、第１流量センサ２１１と第２流量センサ２１５と圧力センサ２１３との精度や、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との応答性等を考慮して設定することが好ましい。図２には、この閾値を破線で示している。サージング領域との距離が閾値を超える場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点で動作するように、現状の制御タイミングにおける空気量の指令値と空気圧の指令値とに応じた、調圧弁２２１の開度の指令値とバイパス弁２３１の開度の指令値とを設定し（ステップＳ１６０）、設定した開度の指令値に基づいて調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを駆動させる（ステップＳ１７０）。ステップＳ１７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ１１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００３２】
一方、サージング領域からの距離が閾値以下である場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、制御部３００は、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくとも一方の開度を、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点で動作するように設定した開度より大きくなるように補正を行う。具体的には、まず、制御部３００は、現状の制御タイミングにおいて第２流量センサ２１５の取得した空気量の実測値と、現状の制御タイミングにおける空気量の指令値との差を算出するとともに、現状の制御タイミングにおいて圧力センサ２１３の取得した空気圧の実測値と、現状の制御タイミングにおける空気圧の指令値との差を算出する（ステップＳ１４０）。次に、制御部３００は、算出した空気量の実測値と指令値との差、および、空気圧の実測値と指令値との差を用いて、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する（ステップＳ１５０）。
【００３３】
図４は、本実施形態における調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正量の算出方法を示すイメージ図である。図４を用いて、図３に示すステップＳ１５０において、制御部３００が調圧弁２２１の開度の補正量とバイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する方法について説明する。制御部３００は、図３のステップＳ１４０にて算出した空気量の実測値と指令値との差が小さくなるように空気量の補正量を算出し、空気量の指令値と合算する。また、制御部３００は、図３のステップＳ１４０にて算出した空気圧の実測値と指令値との差が小さくなるように空気圧の補正量を算出し、空気圧の指令値と合算する。そして、制御部３００は、補正量を合算した空気量の指令値と、補正量を合算した空気圧の指令値とに応じて、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する。
【００３４】
図３に戻り、ステップＳ１５０の後、制御部３００は、調圧弁２２１の開度の補正量を加味した調圧弁２２１の開度の指令値を設定するとともに、バイパス弁２３１の開度の補正量を加味したバイパス弁２３１の開度の指令値を設定し（ステップＳ１６０）、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ１７０）。ステップＳ１７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ１１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００３５】
図５は、本実施形態における空気量と空気圧と各弁の開度との関係の一例を示すタイムチャートである。図６は、比較例における空気量と空気圧と各弁の開度との関係の一例を示すタイムチャートである。図５と図６とにおける、横軸は、第１の動作点から第２の動作点へと動作点が移行される間の時間を表している。縦軸は、空気量と空気圧と各弁の開度との大小を表しており、それぞれ上側が大きく下側が小さい。空気量と空気圧とについては、指令値を破線で表しており、実測値を実線で表している。各弁の開度については実線で表している。本実施形態（図５）では、矢印で示した制御タイミングにて、開度の補正が行われる。比較例（図６）では、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正が行われない。
【００３６】
図５に示すように、本実施形態では、調圧弁２２１の開度は、徐々に小さくなるように駆動されているが、開度が小さくなりすぎないよう、開度を大きくする補正が行われている。そのため、補正が行われない場合（図６）に比べて、調圧弁２２１の開度が小さくなる速度は緩やかになっている。また、図５に示すように、本実施形態では、バイパス弁２３１の開度は、徐々に大きくなるように駆動されているものの、十分な開度が得られるよう、開度がさらに大きくなるように補正が行われている。そのため、補正が行われない場合（図６）に比べて、バイパス弁２３１の開度は急速に大きくなっている。こうした補正により、第１流量センサ２１１の取得した空気量（ＡＣＰ流量）と、第２流量センサ２１５の取得した空気量（ＦＣエア流量）と、圧力センサ２１３の取得した空気圧（ＦＣエア圧力）とについての実測値と指令値との差は、いずれも、補正が行われる場合（図５）の方が、補正が行われない場合（図６）に比べて小さくなっている。
【００３７】
図７は、図５と図６とに示したようなＡＣＰ流量とＦＣエア圧力とについての変化を、ターボコンプレッサ２１２の特性曲線図上に示した図である。図７では、動作点Ａを第１の動作点とし、動作点Ｂを第２の動作点として、ターボコンプレッサ２１２の動作点が、第１の動作点（動作点Ａ）から第２の動作点（動作点Ｂ）に移行される際の運転動作点の軌跡を表している。調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正が行われた場合の運転動作点の軌跡を実線で表しており、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正が行われなかった場合の運転動作点の軌跡を破線で表している。補正が行われなかった場合は、運転動作点はサージング領域に入っている。これに対して、補正が行われた場合は、運転動作点とサージング領域との距離が閾値以下まで近付くと、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とが補正され、運転動作点はサージング領域から遠ざかっている。
【００３８】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が閾値以下まで近付いた場合、制御部３００によって、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とが、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点で動作するように設定された開度より大きくなるように補正されることによって、ターボコンプレッサ２１２の吐出空気量が増加し、かつ、ターボコンプレッサ２１２の吐出空気圧が低下する。このため、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点をサージング領域から遠ざけることができ、運転動作点がサージング領域に入ることを抑制できる。
【００３９】
また、本実施形態では、制御部３００は、運転動作点とサージング領域との距離を算出し、当該距離が閾値以上に近付いた場合にのみ、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度についての補正を行う。このため、運転動作点がサージング領域に入るおそれがある場合にのみ、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正を行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とついての補正量を算出するために、第２流量センサ２１５により取得した燃料電池１００に供給される空気量の実測値を用いている。このため、第１流量センサ２１１によって取得したターボコンプレッサ２１２の吐出空気量の実測値を用いて、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正量を算出するよりも、燃料電池１００の要求する空気量を確実に確保できる。
【００４１】
Ｂ．第２実施形態
図８は、第２実施形態における調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度制御の処理内容を示すフローチャートである。第２実施形態では、燃料電池システム１０の構成は第１実施形態（図１）と同じである。第２実施形態では、制御部３００は、運転動作点とサージング領域との距離が閾値以下である場合は、所定の開始条件と終了条件とに応じて調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについて補正を行うことが、第１実施形態（図３）と異なる。
【００４２】
まず、制御部３００は、第１実施形態と同様に、現状の制御タイミングにおける運転動作点を取得し（ステップＳ２１０）、運転動作点とサージング領域との距離を算出する（ステップＳ２２０）。次に、制御部３００は、前回の制御タイミングで開度の補正が行われていたか否かを判定する（ステップＳ２３０）。前回の制御タイミングで開度の補正が行われていなかった場合（ステップＳ２３０：ＮＯ）、制御部３００は、後述する図９に示す所定の開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２３１）。開始条件を満たす場合（ステップＳ２３１：ＹＥＳ）、制御部３００は、第１実施形態と同様に、現状の制御タイミングにおける空気量の実測値と指令値との差を算出するとともに、現状の制御タイミングにおける空気圧の実測値と指令値との差を算出し（ステップＳ２４０）、算出した空気量の実測値と指令値との差、および、空気圧の実測値と指令値との差を用いて、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する（ステップＳ２５０）。一方、開始条件を満たさない場合（ステップＳ２３１：ＮＯ）、制御部３００は、ステップＳ２６０に処理を進める。
【００４３】
前回の制御タイミングで開度の補正が行われていた場合（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、制御部３００は、後述する図９に示す所定の終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２３２）。終了条件を満たす場合（ステップＳ２３２：ＹＥＳ）、制御部３００は、ステップＳ２６０に処理を進める。一方、終了条件を満たさない場合（ステップＳ２３２：ＮＯ）、制御部３００は、第１実施形態と同様に、現状の制御タイミングにおける空気量の実測値と指令値との差を算出するとともに、現状の制御タイミングにおける空気圧の実測値と指令値との差を算出し（ステップＳ２４０）、算出した空気量の実測値と指令値との差、および、空気圧の実測値と指令値との差を用いて、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する（ステップＳ２５０）。
【００４４】
ステップＳ２５０の後、第１実施形態と同様に、制御部３００は、調圧弁２２１の開度の指令値を設定するとともに、バイパス弁２３１の開度の指令値を設定し（ステップＳ２６０）、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ２７０）。ステップＳ２７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ２１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００４５】
図９は、本実施形態における調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正についての開始条件と終了条件とについての一例を示す説明図である。この開始条件と終了条件とは、ターボコンプレッサ２１２の動作点がサージング領域に入らないように設定されるとともに、燃料電池１００の発電に必要な空気量と空気圧との下限を下回らないように設定される。バイパス弁２３１の開度の補正を開始する条件を説明する。ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が閾値（１０％）以内である場合で、かつ、現状の制御タイミングにおいて第２流量センサ２１５の取得した空気量の実測値が、指令値に対して１０％以上上振れしている、もしくは、現状の制御タイミングにおいて圧力センサ２１３の取得した空気圧の実測値が、指令値に対して１０％以上上振れしている場合に、バイパス弁２３１の開度の補正を開始する。バイパス弁２３１の開度の補正を終了する条件を説明する。ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が閾値（１０％）を超える場合で、かつ、現状の制御タイミングにおいて第２流量センサ２１５の取得した空気量の実測値が、指令値に対して５％以内の上振れとなり、もしくは、現状の制御タイミングにおいて圧力センサ２１３の取得した空気圧の実測値が、指令値に対して５％以内の上振れとなった場合に、バイパス弁２３１の開度の補正を終了する。つまり、制御部３００は、補正を行う際に、運転動作点における空気量の実測値と、要求動作点で動作するように設定した空気量の指令値との差が、予め定められた流量以上である場合は、バイパス弁２３１の開度に対して補正を行う。
【００４６】
調圧弁２２１の開度の補正を開始する条件を説明する。ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が閾値（１０％）以内である場合で、かつ、現状の制御タイミングにおいて第２流量センサ２１５の取得した空気量の実測値が、指令値に対して下振れしているか５％以内の上振れとなっている、もしくは、現状の制御タイミングにおいて圧力センサ２１３の取得した空気圧の実測値が、指令値に対して１０％以上上振れしている場合に、調圧弁２２１の開度の補正を開始する。調圧弁２２１の開度の補正を終了する条件を説明する。ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が閾値（１０％）を超える場合で、かつ、現状の制御タイミングにおいて第２流量センサ２１５の取得した空気量の実測値が、指令値に対して１０％以上の上振れとなり、もしくは、現状の制御タイミングにおいて圧力センサ２１３の取得した空気圧の実測値が、指令値に対して５％以内の上振れとなった場合に、調圧弁２２１の開度の補正を終了する。
【００４７】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、運転動作点における空気量が指令値に対して上振れしても、バイパス弁２３１の開度について補正が行われて、ターボコンプレッサ２１２の吐出空気圧が低減される。このため、運転動作点における空気量が上振れすることに付随して、吐出空気圧が上振れすることが抑制され、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点がサージング領域に入ることをより確実に抑制できる。
【００４８】
また、本実施形態では、ターボコンプレッサ２１２の動作点がサージング領域に入らないように設定され、かつ、燃料電池１００の発電に必要な空気量と空気圧との下限を下回らないように設定された、開始条件と終了条件とに応じて補正が行われるため、運転動作点がサージング領域に入ることを抑制しつつ、燃料電池１００の発電に必要な空気量と空気圧とを保証できる。
【００４９】
Ｃ．第３実施形態
図１０は、第３実施形態における弁開度補正方法のイメージ図である。第３実施形態では、燃料電池システム１０の構成は、第１実施形態（図１）と同じであり、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度制御の処理内容を示すフローチャートは、第１実施形態（図３）と同じである。第３実施形態では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１と開度とについての補正を行う際に、運転動作点とサージング領域との距離が大きいほど、算出された空気量と空気圧との指令値に補正ゲインを乗じることによって開度を大きくする量を減少させることが第１実施形態（図４）と異なる。尚、本実施形態では、サージング領域からの距離が３０％以下となった場合に補正を行うことも第１実施形態と異なる。
【００５０】
図１０を参照して、本実施形態における空気量の指令値を設定する方法を説明する。制御部３００は、第１実施形態と同様に、図３のステップＳ１４０にて算出した空気量の実測値と指令値との差が小さくなるように空気量の補正量を算出する。この際、制御部３００は、後述する補正ゲインマップ（図１１）を参照して、サージング領域からの距離に応じた空気量についての補正ゲインの量を算出し、空気量の補正量に対して補正ゲインを乗じる。その後、制御部３００は、第１実施形態（図４）と同様に、補正ゲインを乗じた空気量の補正量と、空気量の指令値とを合算する。
【００５１】
図１１は、サージング領域からの距離に応じた補正ゲインマップの一例である。横軸は、サージング領域からの距離を表している。縦軸は、補正ゲインの量を表している。この補正ゲインマップは、サージング領域からの距離に応じて、補正ゲインの量が対応付けて記録されている。補正ゲインマップは、予め行われる試験等により、サージング領域からの距離に応じた適切な補正ゲインの量を求めることによって得られる。本実施形態における補正ゲインマップでは、サージング領域との距離が１５％以下である場合は、補正ゲインは１である。サージング領域との距離が３０％を超える場合は、補正ゲインは０である。サージング領域との距離が１５％から３０％にかけての間は、補正ゲインは１から０へ線形に変化している。尚、制御部３００は、補正ゲインマップを参照するのではなく、予め定められた関数に基づいて補正ゲインの量を算出してもよい。
【００５２】
制御部３００は、上述した空気量についての補正と同様に、空気圧の実測値と指令値との差が小さくなるように空気圧の補正量を算出する。また、制御部３００は、補正ゲインマップを参照して、サージング領域からの距離に応じた空気圧についての補正ゲインの量を算出し、空気圧の補正量に対して補正ゲインを乗じる。その後、制御部３００は、補正ゲインを乗じた空気圧の補正量と、空気圧の指令値とを合算する。
【００５３】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点とサージング領域との距離が近付くにつれて、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正量が、補正ゲインによって徐々に増加される。このため、閾値を境にして、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度が急激に変化させられることが抑制され、運転動作点における空気量や空気圧が、要求動作点における空気量や空気圧に対して上振れと下振れとを繰り返すハンチングの発生を抑制できる。
【００５４】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態との組み合わせであってもよい。この場合、制御部３００は、所定の開始条件と終了条件とに応じて補正を行うか否かを判断し（図９）、補正を行う場合は、補正ゲインを用いて補正量を算出する（図１０〜図１１）。
【００５５】
Ｄ．第４実施形態
図１２は、第４実施形態における調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度補正の処理内容を示すフローチャートである。第４実施形態では、燃料電池システム１０の構成は第１実施形態（図１）と同じである。第４実施形態では、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正を行う際に、制御部３００が、ターボコンプレッサ２１２における単位時間当たりの回転数の変化量（ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度）を小さくするか否かを判断することが第１実施形態（図３）と異なる。
【００５６】
図１２を用いて、本実施形態の調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正についての処理内容を説明する。まず、制御部３００は、第１実施形態と同様にして、現状の制御タイミングにおける運転動作点を取得し（ステップＳ３１０）、運転動作点とサージング領域との距離を算出する（ステップＳ３２０）。サージング領域との距離が閾値を超える場合（ステップＳ３３０：ＮＯ）、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点で動作するように、現状の制御タイミングにおける空気量の指令値と空気圧の指令値とに応じた、調圧弁２２１の開度の指令値とバイパス弁２３１の開度の指令値とを設定し（ステップＳ３６０）、設定した開度の指令値に基づいて調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを駆動させる（ステップＳ３７０）。ステップＳ３７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ３１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００５７】
一方、サージング領域からの距離が閾値以下である場合（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）、制御部３００は、現状の制御タイミングにおける空気量の実測値と指令値との差を算出するとともに、現状の制御タイミングにおける空気圧の実測値と指令値との差を算出する（ステップＳ３４０）。次に、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくするか否かを判定する（ステップＳ３４５）。本実施形態では、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点における流量とサージング領域における流量との差が、運転動作点における流量の５％以下である場合は、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくすると判断する。ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくしないと判断した場合（ステップＳ３４５：ＮＯ）、制御部３００は、第１実施形態と同様に、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出し（ステップＳ３５０）。調圧弁２２１の開度の指令値と、バイパス弁２３１の開度の指令値を設定し（ステップＳ３６０）、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ３７０）。ステップＳ３７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ３１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。尚、本実施形態では、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点における流量とサージング領域における流量との差が、運転動作点における流量の５％以下である場合に、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくすると判断しているが、空気量の実測値と指令値との差が所定の流量以下である場合や、空気圧の実測値と指令値との差が所定の圧力以上である場合に、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくすると判断してもよい。制御部３００は、現状の制御タイミングにおけるターボコンプレッサ２１２の回転数の指令値と実測値との差を算出し、ターボコンプレッサ２１２の回転数の実測値と指令値との差が、所定の回転数以下である場合は、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくすると判断してもよい。
【００５８】
一方、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくすると判断した場合（ステップＳ３４５：ＹＥＳ）、まず、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度が小さくなるように、ターボコンプレッサ２１２の回転数の指令値を設定する（ステップＳ３４６）。この際に制御部３００によって設定される指令値は、ターボコンプレッサ２１２の回転数の指令値ではなく、ターボコンプレッサ２１２を駆動させるトルクの指令値や、ターボコンプレッサ２１２を駆動させるモータの電流の指令値であってもよい。次に、制御部３００は、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出し（ステップＳ３５１）。調圧弁２２１の開度の指令値と、バイパス弁２３１の開度の指令値を設定する（ステップＳ３６１）。その後、制御部３００は、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とターボコンプレッサ２１２とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ３７１）。ステップＳ３７１の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ３１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００５９】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正を行うとともに、ターボコンプレッサ２１２の単位時間当たりの回転数の変化量を小さくする。このため、ターボコンプレッサ２１２の回転数が急激に変化することに伴い、要求動作点で動作するように設定した空気量と空気圧についての指令値と、運転動作点における空気量と空気圧との間にずれが生じることが抑制され、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点がサージング領域に入ることを、より確実に抑制できる。
【００６０】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態との組み合わせであってもよい。この場合、制御部３００は、所定の開始条件と終了条件とに応じて調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正を行うか否かを判断するとともに（図９）、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくするか否かを判断し、補正を行う際に、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度が小さくなるように、ターボコンプレッサ２１２の回転数の指令値を設定する（図１２）。第３実施形態をさらに組み合わせて、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正を行う場合は、補正ゲインを用いて補正量を算出してもよい（図１０〜図１１）。
【００６１】
Ｅ．第５実施形態
図１３は、第５実施形態における調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度補正の処理内容を示すフローチャートである。第５実施形態では、燃料電池システム１０の構成は第１実施形態（図１）と同じである。第５実施形態では、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とについての補正を行う際に、制御部３００が、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とのいずれか一方における単位時間当たりの開度の変化量（調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度）を小さくするか否かを判断することが第１実施形態（図３）と異なる。
【００６２】
図１３を用いて、本実施形態の調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正についての処理内容を説明する。まず、制御部３００は、第１実施形態と同様にして、現状の制御タイミングにおける運転動作点を取得し（ステップＳ４１０）、運転動作点とサージング領域との距離を算出する（ステップＳ４２０）。サージング領域との距離が閾値を超える場合（ステップＳ４３０：ＮＯ）、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２が要求動作点で動作するように、現状の制御タイミングにおける空気量の指令値と空気圧の指令値とに応じた、調圧弁２２１の開度の指令値とバイパス弁２３１の開度の指令値とを設定し（ステップＳ４６０）、設定した開度の指令値に基づいて調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを駆動させる（ステップＳ４７０）。
【００６３】
一方、サージング領域からの距離が閾値以下である場合（ステップＳ４３０：ＹＥＳ）、制御部３００は、現状の制御タイミングにおける空気量の実測値と指令値との差を算出するとともに、現状の制御タイミングにおける空気圧の実測値と指令値との差を算出する（ステップＳ４４０）。次に、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくするか否かを判定する（ステップＳ４４５）。本実施形態では、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点における流量とサージング領域における流量との差が、運転動作点における流量の５％以下である場合は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくすると判断する。調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくしないと判断した場合（ステップＳ４４５：ＮＯ）、制御部３００は、第１実施形態と同様に、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出し（ステップＳ４５０）。調圧弁２２１の開度の指令値と、バイパス弁２３１の開度の指令値を設定し（ステップＳ４６０）、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ４７０）。ステップＳ４７０の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ４１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００６４】
一方、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくすると判断した場合（ステップＳ４４５：ＹＥＳ）、まず、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度が小さくなるように、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との指令値を設定する（ステップＳ４４６）。この際に制御部３００によって設定される指令値は、各弁の開度の指令値ではなく、各弁を駆動させるトルクの指令値や、各弁を駆動させるモータの電流の指令値であってもよい。次に、制御部３００は、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出し（ステップＳ４５１）。調圧弁２２１の開度の指令値と、バイパス弁２３１の開度の指令値を設定する（ステップＳ４６１）。その後、制御部３００は、調圧弁２２１とバイパス弁２３１とを設定した指令値に基づいて駆動させる（ステップＳ４７１）。ステップＳ４７１の後、制御部３００は、次の制御タイミングにおける当該処理を再びステップＳ４１０から実行する。制御部３００は、ターボコンプレッサ２１２の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させている間、この処理を繰り返す。
【００６５】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正を行うとともに、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とにおける単位時間当たりの開度の変化量を小さくする。このため、ターボコンプレッサ２１２の回転数が急激に変化することに伴い、要求動作点で動作するように設定した空気量と空気圧についての指令値と、運転動作点における空気量と空気圧との間にずれが生じることが抑制され、ターボコンプレッサ２１２の運転動作点がサージング領域に入ることを、より確実に抑制できる。
【００６６】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態との組み合わせであってもよい。この場合、制御部３００は、所定の開始条件と終了条件とに応じて調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との補正を行うか否かを判断するとともに（図９）、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくするか否かを判断し、補正を行う際に、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度が小さくなるように、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との指令値を設定する（図１３）。また、第３実施形態をさらに組み合わせて、補正を行う場合は、補正ゲインを用いて補正量を算出してもよい（図１０〜図１１）。さらに、第４実施形態を組み合わせて、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくするか否かを判断し、補正を行う際に、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との変化速度を小さくするとともに、ターボコンプレッサ２１２の回転数の変化速度を小さくしてもよい（図１２）。
【００６７】
Ｆ．他の実施形態１
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、第１流量センサ２１１は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１２よりも上流側に設けられており、第２流量センサ２１５は、空気供給流路２１０における入口弁２１４と燃料電池１００との間に設けられている。これに対して、第１流量センサ２１１は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１２よりも下流側であってバイパス流路２３０との接続部よりも上流側に設けられていてもよいし、第２流量センサ２１５は、バイパス流路２３０に設けられていてもよい。第１流量センサ２１１によって取得した空気量と第２流量センサ２１５によって取得した空気量とを用いることによって、燃料電池１００に供給される空気量とバイパス流路２３０を流れる空気量とを取得できる形態であればよい。
【００６８】
Ｇ．他の実施形態２
上述した各実施形態における燃料電池システム１０は、第２流量センサ２１５を備えており、第２流量センサ２１５によって取得した空気量を用いて、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度についての補正量を算出している。これに対して、燃料電池システム１０は、第２流量センサ２１５を備えていなくてもよい。この場合、空気供給流路２１０と、空気排出流路２２０と、バイパス流路２３０との流路抵抗を、予め行われる試験等によって取得しておき、第１流量センサ２１１によって取得した空気量と、各流路の流路抵抗とを用いて、計算によって燃料電池１００に供給される空気量を推定する。
【００６９】
Ｈ．他の実施形態３
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、制御部３００は、運転動作点とサージング領域との距離として、運転動作点での空気量と、運転動作点と同一圧力比のサージング限界線上の動作点での空気量との差を用いている。これに対して、制御部３００は、運転動作点とサージング領域との距離として、運転動作点と同一空気量のサージング限界線上の動作点での圧力比と、運転動作点での圧力比との差を用いてもよいし、運転動作点と、運転動作点に最も近いサージング限界線上の動作点との距離を用いてもよいし、等回転数線上の距離を用いてもよい。また、現状の制御タイミングにおいてセンサによって取得した実測値を用いて運転動作点を取得しなくてもよく、前回の制御タイミングにおいて制御部３００が設定した指令値を用いて推定してもよい。
【００７０】
Ｉ．他の実施形態４
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との両方について、補正を行っている。これに対して、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とのいずれか一方についてのみ、補正を行ってもよい。
【００７１】
Ｊ．他の実施形態５
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、制御部３００は、空気量の実測値と指令値との差を算出するとともに、空気圧の実測値と指令値との差を算出し、算出した差を用いて、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出している（図３、ステップＳ１４０〜Ｓ１５０）。これに対して、制御部３００は、調圧弁２２１の開度の補正量と、バイパス弁２３１の開度の補正量とを算出する際に、ターボコンプレッサの回転数の実測値と指令値との差を用いてもよい。
【００７２】
Ｋ．他の実施形態６
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、バイパス流路２３０は、ターボコンプレッサ２１２と入口弁２１４との間における空気供給流路２１０と、調圧弁２２１よりも下流側における空気排出流路２２０とを連通している。これに対して、バイパス流路２３０は、空気排出流路２２０を介さずに、大気と連通していてもよい。
【００７３】
Ｌ．他の実施形態７
第３実施形態では、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１と開度とについての補正を行う際に、運転動作点とサージング領域との距離が大きいほど、算出された空気量と空気圧との指令値に補正ゲインを乗じることによって開度を大きくする量を減少させている。これに対して、制御部３００は、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１と開度とについての補正を行う際に、運転動作点におけるターボコンプレッサ２１２の吐出空気量と、要求動作点におけるターボコンプレッサ２１２の吐出空気量との差が小さいほど、算出された空気量と空気圧との指令値に補正ゲインを乗じることによって開度を大きくする量を減少させてもよい。この場合、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度との急激な変化に伴って、空気量や空気圧が指令値に対して上振れと下振れとを繰り返すハンチングの発生を抑制できる。
【００７４】
Ｍ．他の実施形態８
図１４は、入口弁２１４と調圧弁２２１との他の態様を示す説明図である。図１４では、入口弁２１４の入口弁体４１１と入口弁箱４１２との位置関係を表している。調圧弁２２１の調圧弁体４２１と調圧弁箱４２２との位置関係も、入口弁２１４の入口弁体４１１と入口弁箱４１２との位置関係と同様である。そのため、図１４には、入口弁２１４の符号と調圧弁２２１の符号とを併記して表している。
【００７５】
入口弁２１４は、入口弁体４１１と入口弁箱４１２とを備えている。入口弁箱４１２は、入口弁体４１１よりも燃料電池１００側に配置されている。入口弁体４１１には、入口弁箱４１２に対して押しつけられる力が作用する。本実施形態では、入口弁体４１１が入口弁箱４１２に押しつけられる力は、ばねによって与えられる。入口弁２１４を開状態とするには、ばねによって入口弁体４１１が押される向きとは反対方向に、モータによって入口弁体４１１を駆動させる。モータによる駆動力を除荷すると、ばねによって入口弁体４１１が入口弁箱４１２に押しつけられ、入口弁２１４は閉状態となる。
【００７６】
燃料電池１００の発電が停止された後、燃料電池１００の触媒の劣化を抑制するために、入口弁２１４と調圧弁２２１とは閉状態にされて、燃料電池１００内は封止される。このとき、燃料電池１００内の空気圧は、大気圧よりも低い気圧（負圧）とされ、空気供給流路２１０内の圧力と空気排出流路２２０内の圧力とは大気圧とされる。そのため、入口弁体４１１の燃料電池１００側と空気供給流路２１０側とには差圧が生じており、調圧弁体４２１の燃料電池１００側と空気排出流路２２０側とには差圧が生じている。ばねによって入口弁体４１１が入口弁箱４１２に押しつけられる向きは、入口弁体４１１に作用する差圧の向きと同じであり、ばねによって調圧弁体４２１が調圧弁箱４２２に押しつけられる向きは、調圧弁体４２１に作用する差圧の向きと同じである。この場合、入口弁２１４と調圧弁２２１とは、ばねの力のみによって閉状態とされた場合よりも、封止性能が向上される。尚、入口弁２１４と調圧弁２２１とのいずれか一方のみが上述した形態であってもよい。
【００７７】
燃料電池システム１０では、ターボコンプレッサ２１２を駆動させて電力を消費させつつ、燃料電池１００への空気の供給を停止して発電を停止させることがある。その際には、入口弁２１４が閉状態とされ、バイパス弁２３１が開状態とされることによって、ターボコンプレッサ２１２によって吐出された空気は、バイパス流路２３０を流れ、空気排出流路２２０から排出される。このとき、入口弁体４１１の燃料電池１００側と空気供給流路２１０側とには、差圧が生じている。ばねによって入口弁体４１１が入口弁箱４１２に押しつけられる向きは、入口弁体４１１に作用する差圧の向きと同じである。この場合、入口弁２１４は、ばねの力のみによって閉状態とされた場合よりも、封止性能が向上される。
【００７８】
本発明は、上述の実施形態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】
【００７９】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
２１０…空気供給流路
２１１…第１流量センサ
２１２…ターボコンプレッサ
２１３…圧力センサ
２１４…入口弁
２１５…第２流量センサ
２２０…空気排出流路
２２１…調圧弁
２３０…バイパス流路
２３１…バイパス弁
３００…制御部
４１１…入口弁体
４１２…入口弁箱
４２１…調圧弁体
４２２…調圧弁箱
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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