(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にサージングが生じることを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と、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、燃料電池に供給される空気の流量および圧力を調整するための少なくとも一つの弁と、ターボコンプレッサの目標動作点を設定し、目標動作点となるようにターボコンプレッサの回転数と弁の開度とを制御する制御部とを備える。ターボコンプレッサは、サージング領域よりも高流量側に、同一回転数においてターボコンプレッサの圧力比を予め定めた量、変化させた場合に流量が変化した量が予め定められた値よりも大きい動作点の範囲である第１領域を有し、制御部は、予め定められた条件を満たす場合に、第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に目標動作点を設定する。【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、
前記空気供給流路を介して前記燃料電池に供給される空気の流量および圧力を調整するための少なくとも一つの弁と、
前記ターボコンプレッサに吐出させる空気の目標流量および目標圧力比として定まる目標動作点を設定し、前記目標動作点となるように前記ターボコンプレッサの回転数と前記弁の開度とを制御する制御部と、
を備え、
前記ターボコンプレッサは、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よりも高流量側に、同一回転数において前記ターボコンプレッサの圧力比を予め定めた量、変化させた場合に流量が変化した量が予め定められた値よりも大きい動作点の範囲である第１領域を有し、
前記制御部は、前記目標動作点を設定する際、予め定められた条件を満たす場合に、前記第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に前記目標動作点を設定する、
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、前記予め定められた条件として、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点に移行させるという条件を満たす場合に、前記第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に前記目標動作点を設定する、
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、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも高流量側の動作点に移行させる場合は、前記サージング領域との距離が予め定められた距離以内の動作点の範囲である第２領域よりも高流量側の範囲内に前記目標動作点を設定する、
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、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量側の動作点へ移行させる場合は、前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および圧力比として定まる運転動作点と前記サージング領域との距離が近いほど、前記ターボコンプレッサにおける単位時間当たりの前記目標流量の変化量を小さくする、
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、
前記弁として、前記燃料電池内の空気を排出するための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を備え、
前記制御部は、前記燃料電池に供給される空気の流量が前記燃料電池の発電に要求される空気の流量より大きく、かつ、前記燃料電池に供給される空気の圧力が前記燃料電池の発電に要求される空気の圧力よりも大きい場合は、前記バイパス弁の開度を前記目標動作点に応じた開度よりも大きくさせる、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記弁として、前記燃料電池内の空気を排出するための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を備え、
前記制御部は、前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および圧力比として定まる運転動作点と前記サージング領域との距離が近いほど、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、前記目標動作点に応じた開度よりも大きくさせる、
燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池に空気を供給するためのターボコンプレッサと、前記燃料電池に供給される空気の流量および圧力を調整するための少なくとも一つの弁とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記ターボコンプレッサは、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よりも高流量側に、同一回転数において前記ターボコンプレッサの圧力比を予め定めた量、変化させた場合に流量が変化した量が予め定められた値よりも大きい動作点の範囲である第１領域を有し、
予め定められた条件を満たす場合に、前記第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に、前記ターボコンプレッサに吐出させる空気の目標流量および目標圧力比として定まる目標動作点を設定し、
前記目標動作点となるように前記ターボコンプレッサの回転数と、前記弁の開度とを制御する、
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サージング領域近傍には、ターボコンプレッサの回転数を変化させない状態において、圧力の指令値をわずかに変化させただけで、流量が大きく変化する領域が存在する。このような領域では、ターボコンプレッサの実際の動作点を正確に制御することが難しい。そのため、目標動作点をサージング領域外に設定したとしても、ターボコンプレッサの実際の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまう可能性があった。
【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；前記空気供給流路を介して前記燃料電池に供給される空気の流量および圧力を調整するための少なくとも一つの弁と；前記ターボコンプレッサに吐出させる空気の目標流量および目標圧力比として定まる目標動作点を設定し、前記目標動作点となるように前記ターボコンプレッサの回転数と前記弁の開度とを制御する制御部と；を備える。前記ターボコンプレッサは、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よりも高流量側に、同一回転数において前記ターボコンプレッサの圧力比を予め定めた量、変化させた場合に流量が変化した量が予め定められた値よりも大きい動作点の範囲である第１領域を有し；前記制御部は、前記目標動作点を設定する際、予め定められた条件を満たす場合に、前記第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に前記目標動作点を設定する。
この形態の燃料電池システムによれば、第１領域よりも高流量側がターボコンプレッサの目標動作点として設定される。このため、圧力比のわずかな変化によって流量が大きく変化する領域を回避して目標動作点を設定することができ、ターボコンプレッサの動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【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、前記予め定められた条件として、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点に移行させるという条件を満たす場合に、前記第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に前記目標動作点を設定してもよい。
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圧力比が目標圧力比に対して上振れしやすい低流量かつ低圧力比側へ目標動作点を移行させる際に、第１領域よりも高流量側がターボコンプレッサの目標動作点として設定される。このため、ターボコンプレッサの圧力比が目標圧力比に対して上振れすることによって、ターボコンプレッサの動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【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、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも高流量側の動作点に移行させる場合は、前記サージング領域との距離が予め定められた距離以内の動作点の範囲である第２領域よりも高流量側の範囲内に前記目標動作点を設定してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、高流量側へ目標動作点を移行させる際は、サージング領域から高流量側に所定の距離が確保された第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点が設定される。このため、サージング領域近傍の動作点にてターボコンプレッサが運転されることを抑制でき、ターボコンプレッサの動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【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、前記目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量側の動作点へ移行させる場合は、前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および圧力比として定まる運転動作点と前記サージング領域との距離が近いほど、前記ターボコンプレッサにおける単位時間当たりの前記目標流量の変化量を小さくしてもよい。
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運転動作点とサージング領域との距離が近いほどターボコンプレッサにおける単位時間当たりの目標流量の変化量が小さくされ、ターボコンプレッサの吐出する空気の流量と目標流量との間に誤差が生じることが抑制される。このため、ターボコンプレッサの動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまう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、前記弁として、前記燃料電池内の空気を排出するための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を備え、前記制御部は、前記燃料電池に供給される空気の流量が前記燃料電池の発電に要求される空気の流量より大きく、かつ、前記燃料電池に供給される空気の圧力が前記燃料電池の発電に要求される空気の圧力よりも大きい場合は、前記バイパス弁の開度を前記目標動作点に応じた開度よりも大きくさせてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池に供給される空気の流量が目標流量に対して上振れしており、かつ、燃料電池内の空気の圧力が目標圧力に対して上振れしている場合に、バイパス弁の開度が大きくされる。このため、燃料電池に対して過剰な流量の空気が供給されることを抑制しつつ、ターボコンプレッサの動作点をサージング領域から遠ざけることができる。
【００１１】
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記弁として、前記燃料電池内の空気を排出するための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を備え、前記制御部は、前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および圧力比として定まる運転動作点と前記サージング領域との距離が近いほど、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、前記目標動作点に応じた開度よりも大きくさせてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、運転動作点とサージング領域との距離が近いほど、バイパス弁と調圧弁とのいずれか一方の開度が大きくされるので、運転動作点がサージング領域に近付くことが抑制される。このため、ターボコンプレッサの動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことをより確実に抑制できる。
【００１２】
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】
【００１３】
【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実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャート。
【図４】低流量かつ低圧力比側へ移行させる際の目標動作点の軌跡を示す説明図。
【図５】高流量側へ移行させる際の目標動作点の軌跡を示す説明図。
【図６】第２実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャート。
【図７】サージング領域との距離に応じた補正ゲインの量を示す説明図。
【図８】補正後の目標動作点の軌跡と運転動作点の軌跡とを示す説明図。
【図９】第３実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャート。
【図１０】第４実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャート。
【図１１】サージング領域との距離に応じた比例ゲインの量を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、ターボコンプレッサ２１３と、大気圧センサ２１１と、流量センサ２１２と、圧力センサ２１４と、空気排出流路２２０と、調圧弁２２１と、バイパス流路２３０と、バイパス弁２３１と、制御部３００とを備えている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、大気圧センサ２１１と、流量センサ２１２と、ターボコンプレッサ２１３と、圧力センサ２１４とが設けられている。
【００１７】
ターボコンプレッサ２１３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２１３は、遠心式圧縮機である。ターボコンプレッサ２１３は、モータによって駆動される。ターボコンプレッサ２１３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２１３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２１３として、軸流式圧縮機を用いてもよい。
【００１８】
大気圧センサ２１１は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１３よりも上流側に設けられている。大気圧センサ２１１は、大気圧を検知するためのセンサである。大気圧センサ２１１により取得された大気圧の情報は、制御部３００に送信される。大気圧センサ２１１の取得する大気圧は、ターボコンプレッサ２１３の吸入側における空気圧に相当する。
【００１９】
流量センサ２１２は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１３よりも上流側に設けられている。流量センサ２１２は、空気供給流路２１０内に流入する空気量を検知するためのセンサである。流量センサ２１２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。流量センサ２１２の取得する空気量は、ターボコンプレッサ２１３に吸入される空気量に相当する。
【００２０】
圧力センサ２１４は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１３よりも下流側に設けられている。圧力センサ２１４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２１４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２１４の取得する空気圧は、ターボコンプレッサ２１３の吐出側における空気圧に相当する。
【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の開度を調整することによって、燃料電池１００に供給される空気量および空気圧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２１３と燃料電池１００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とを連通しており、空気排出流路２２０を介して空気を排出する。
【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の開度を調整することによって、燃料電池１００に供給される空気量および空気圧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、ターボコンプレッサ２１３に吐出させる空気の目標流量および目標圧力比として定まる目標動作点を設定し、目標動作点となるようにターボコンプレッサ２１３の回転数と、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２１３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２１３の吐出空気量を表している。縦軸は、ターボコンプレッサ２１３の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２１３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２１３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、上から順に５つの圧力曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅを示している。同じ圧力曲線上では、ターボコンプレッサ２１３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２１３の回転数は大きい。ターボコンプレッサ２１３の回転数が同一の線として表されるため、圧力曲線のことを「等回転数曲線」とも呼ぶ。また、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量および圧力比によって定まる、ターボコンプレッサ２１３の運転状態を表す点を、「動作点」と呼ぶ。
【００２７】
ターボコンプレッサ２１３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２１３にサージングが生じる動作点の範囲を「サージング領域」と呼ぶ。サージング領域に含まれない動作点の範囲の限界を表す線を「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、サージングが発生しない限界の動作点を求め、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しない限界の動作点同士を結ぶことによって得られる。
【００２８】
ターボコンプレッサ２１３は、サージング領域よりも高流量側に「第１領域」を有する。第１領域は、同一回転数においてターボコンプレッサ２１３の圧力比を予め定めた量、変化させた場合に流量が変化した量が、予め定められた値よりも大きい動作点の範囲である。第１領域よりも高流量側で、第１領域に含まれない動作点の範囲の限界を表す線を「第１境界線」と呼ぶ。サージング領域と第１境界線とに囲まれた範囲が第１領域となる。本実施形態では、圧力比の変化量を１とした場合における流量の変化量の大きさが、１／６×１０５［ＮＬ／ｍｉｎ]よりも大きい動作点の範囲を第１領域とする。この値は、予め行われる試験によって定めることができる。例えば、図２に示す動作点Ａから、ターボコンプレッサ２１３を運転する際に駆動軸に作用させる最大の減速トルクによって、ターボコンプレッサ２１３の回転数を小さくさせ続けた際に、運転動作点がサージング領域に入るか否かを試験する。運転動作点がサージング領域に入る場合は、動作点Ａは第１領域内の動作点であるとし、運転動作点がサージング領域に入らない場合は、動作点Ａは第１領域外の動作点であるとする。この試験を複数の動作点に対して行うことで、第１領域を定めることができる。
【００２９】
ターボコンプレッサ２１３は、サージング領域よりも高流量側に「第２領域」を有する。第２領域は、サージング領域との距離が予め定められた距離以内の動作点の範囲である。第２領域よりも高流量側で、第２領域に含まれない動作点の範囲の限界を表す線を「第２境界線」と呼ぶ。サージング領域と第２境界線とに囲まれた範囲が第２領域となる。本実施形態では、「予め定められた距離」は、サージング限界線上における流量の１０％に相当する距離とする。つまり、サージング限界線上における流量の１０％に相当する距離だけ、サージング限界線を高流量側（図２における右側）に移動させた線が第２境界線となる。この距離は、大気圧センサ２１１と流量センサ２１２と圧力センサ２１４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。
【００３０】
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として定まるターボコンプレッサ２１３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）および空気圧（要求空気圧）に応じて変更される。制御部３００は、例えば、ミリ秒オーダー間隔の制御タイミングごとに、要求動作点に応じて、ターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する。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、燃料電池車両の運転者がアクセルを緩めると、燃料電池１００に要求される発電電力が低下する。燃料電池１００に要求される発電電力が低下することによって、要求空気量と要求空気圧とが低下し、要求動作点が変更される。
【００３１】
本明細書では、ターボコンプレッサ２１３が吐出する空気の流量および圧力比として定まる運転動作点を「運転動作点」と呼ぶ。運転動作点は、目標動作点に基づいてターボコンプレッサ２１３が実際に運転されている動作点である。本実施形態では、制御部３００は、流量センサ２１２によって取得した空気量と、大気圧センサ２１１と圧力センサ２１４とによって取得した空気圧とを用いて、ターボコンプレッサ２１３の運転動作点を取得する。
【００３２】
図２には、目標動作点に基づいてターボコンプレッサが運転された際における運転動作点の軌跡の一例を表している。図２には、目標動作点の軌跡を破線で表しており、運転動作点の軌跡を実線で表している。第１領域の近傍の動作点である動作点Ａにてターボコンプレッサ２１３が運転されている際に、動作点Ａよりも低流量かつ低圧力比側である動作点Ｂに要求動作点が変更された場合、制御部３００は、目標動作点を動作点Ａから動作点Ｂに変更する。変更後の目標動作点に基づいて、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１３の回転数と調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とを制御する。この際、ターボコンプレッサ２１３の駆動や調圧弁２２１の開閉やバイパス弁２３１の開閉についての応答遅れに起因して、目標動作点と運転動作点との間にずれが生じる場合がある。特に、第１領域内では、図２に示すように、圧力比が目標に対してわずかに上振れすると、流量が目標に対して大幅に下振れし、運転動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、以下に説明する目標動作点移行処理を実行することにより、運転動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制する。
【００３３】
図３は、第１実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、要求動作点に応じてターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する際、制御部３００によって実行される。まず、制御部３００は、要求動作点に応じて、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点に移行させるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３４】
目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点に移行させる場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部３００は、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ１２０）。より具体的には、要求動作点が第１領域よりも高流量側の動作点である場合、制御部３００は、要求動作点どおりに目標動作点を設定する。要求動作点が第１領域内の動作点である場合、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じである第１境界線上の動作点に目標動作点を設定する。次に、制御部３００は、ステップＳ１２０にて設定した目標動作点に基づいて、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量（ＡＣＰ流量）の指令値を設定し、燃料電池１００の発電に要求される空気量および空気圧に基づいて、燃料電池１００に供給される空気量（ＦＣ流量）の指令値および燃料電池１００内の空気圧（ＦＣ圧力）の指令値を設定する（ステップＳ１４０）。その後、制御部３００は、設定した指令値に基づいて、ターボコンプレッサ２１３を駆動させ、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量と燃料電池１００の発電に要求される空気量との差に相当する流量の空気がバイパス流路２３０を流れるように、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度とを操作し（ステップＳ１５０）、この処理を終了する。尚、ステップＳ１５０において、制御部３００は、調圧弁２２１の開度を小さくすることによってバイパス流路２３０を流れる空気量を増加させてもよいし、バイパス弁２３１の開度を大きくすることによってバイパス流路２３０を流れる空気量を増加させてもよい。制御部３００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確保しつつ、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とをバランスよく調整することが好ましい。
【００３５】
一方、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側でない動作点に移行させる場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御部３００は、第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ１３０）。より具体的には、要求動作点が第２領域よりも高流量側の動作点である場合、制御部３００は、要求動作点どおりに目標動作点を設定する。要求動作点が第２領域内の動作点である場合、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じである第２境界線上の動作点に目標動作点を設定する。次に、制御部３００は、ステップＳ１３０にて設定した目標動作点に基づいて、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量（ＡＣＰ流量）の指令値を設定し、燃料電池１００の発電に要求される空気量および空気圧に基づいて、燃料電池１００に供給される空気量（ＦＣ流量）の指令値および燃料電池１００内の空気圧（ＦＣ圧力）の指令値を設定する（ステップＳ１４０）。その後、制御部３００は、設定した指令値に基づいて、ターボコンプレッサ２１３を駆動させ、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量と燃料電池１００の発電に要求される空気量との差に相当する流量の空気がバイパス流路２３０を流れるように、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度とを操作し（ステップＳ１５０）、この処理を終了する。
【００３６】
図４は、要求動作点が低流量かつ低圧力比側へ変更された際における目標動作点の軌跡の一例を示す説明図である。図４には、目標動作点移行処理を行った場合の目標動作点の軌跡を破線で表している。また、目標動作点移行処理を行わなかった場合の目標動作点の軌跡を二点鎖線で表している。要求動作点が動作点Ａから、動作点Ａよりも低流量かつ低圧力比側の動作点Ｂに変更された場合、動作点Ｂは第１領域よりも高流量側であるため、制御部３００は、目標動作点を動作点Ｂに設定する。その後、要求動作点が動作点Ｂから、動作点Ｂよりも低流量かつ低圧力比側の動作点Ｃ１に変更された場合、動作点Ｃ１は第１領域内の動作点であるため、制御部３００は、目標動作点を第１領域よりも高流量側の動作点Ｃ２に設定する。
【００３７】
図５は、要求動作点が高流量側へ変更された際における目標動作点の軌跡の一例を示す説明図である。図５には、目標動作点移行処理を行った場合の目標動作点の軌跡を破線で表している。また、目標動作点移行処理を行わなかった場合の目標動作点の軌跡を二点鎖線で表している。要求動作点が動作点Ｄから、動作点Ｄよりも高流量かつ高圧力比側の動作点Ｅに変更された場合、動作点Ｅは第２領域よりも高流量側であるため、制御部３００は、目標動作点を動作点Ｅに設定する。その後、要求動作点が動作点Ｅから、動作点Ｅよりも高流量かつ高圧力比側の動作点Ｆ１に変更された場合、動作点Ｆ１は第２領域内の動作点であるため、制御部３００は、目標動作点を第２領域よりも高流量側の動作点Ｆ２に設定する。
【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、制御部３００は、圧力比のわずかな変化によって流量が大きく変化する第１領域よりも高流量側に、ターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する。このため、圧力比のわずかな変化によって流量が大きく変化する第１領域を回避して目標動作点を設定することができ、ターボコンプレッサ２１３の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【００３９】
また、本実施形態では、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１３の空気比が目標圧力比に対して上振れしやすい低流量かつ低圧力比側へ目標動作点を移行させる際に、第１領域よりも高流量側をターボコンプレッサ２１３の目標動作点として設定する。このため、圧力比のわずかな変化によって流量が大きく変化する第１領域において、ターボコンプレッサ２１３の圧力比が目標圧力比に対して上振れすることによって、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量が目標流量に対して大きく下振れし、ターボコンプレッサ２１３の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【００４０】
また、本実施形態では、制御部３００は、サージング領域から遠ざかる高流量側へ目標動作点を移行させる際は、サージング領域から高流量側に所定の距離（１０％）が確保された第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点が設定される。このため、サージング領域近傍の動作点にてターボコンプレッサ２１３が運転されることを抑制でき、ターボコンプレッサ２１３の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことを抑制できる。
【００４１】
Ｂ．第２実施形態
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、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量側の動作点へ移行させる場合は、運転動作点とサージング領域との距離が近いほど、制御部３００が、ターボコンプレッサ２１３における単位時間当たりの目標流量の変化量を小さくすることが第１実施形態（図３）と異なる。
【００４２】
図６は、第２実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、要求動作点に応じてターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する際、制御部３００によって実行される。まず、制御部３００は、第１実施形態と同様に、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点へ移行させるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点へ移行させる場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、制御部３００は、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ２２０）。一方、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側でない動作点に移行させる場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、制御部３００は、第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定し（ステップＳ２３０）、処理をステップＳ２６０へ移行させる。
【００４３】
ステップＳ２２０の後、制御部３００は、運転動作点が第１境界線よりも低流量側であるか否かを判定する（ステップＳ２４０）。運転動作点が第１境界線よりも低流量側である場合（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、制御部３００は、後述するサージング領域との距離に応じた補正ゲイン（図７参照）を目標流量に乗じて、目標動作点を補正する（ステップＳ２５０）。一方、運転動作点が第１境界線よりも低流量側でない場合（ステップＳ２４０：ＮＯ）、制御部３００は、処理をステップＳ２６０へ移行させる。
【００４４】
図７は、サージング領域との距離に応じた補正ゲインの量の一例を示す説明図である。横軸は、運転動作点とサージング領域との距離を表している。尚、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を用いている。縦軸は、補正ゲインの量を表している。サージング限界線上における補正ゲインは０である。第１境界線上における補正ゲインは１である。補正ゲインは、サージング限界線上から第１境界線上に向かって線形に増加し、第１境界線よりも高流量側では補正ゲインは１である。つまり、運転動作点とサージング領域との距離が近いほど、ターボコンプレッサ２１３における単位時間当たりの目標流量の変化量は小さくされる。
【００４５】
図６に戻り、制御部３００は、ステップＳ２５０もしくはステップＳ２３０にて設定した目標動作点に基づいて、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量（ＡＣＰ流量）の指令値を設定し、燃料電池１００の発電に要求される空気量および空気圧に基づいて、燃料電池１００に供給される空気量（ＦＣ流量）の指令値および燃料電池１００内の空気圧（ＦＣ圧力）の指令値を設定する（ステップＳ２６０）。制御部３００は、設定した指令値に基づいて、ターボコンプレッサ２１３を駆動させ、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量と燃料電池１００の発電に要求される空気量との差に相当する流量の空気がバイパス流路２３０を流れるように、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度とを操作し（ステップＳ２７０）、この処理を終了する。
【００４６】
図８は、動作点を低流量かつ低圧力比側の動作点へと移行させた場合における、補正後の目標動作点の軌跡の一例と運転動作点の軌跡の一例とを示す説明図である。図８には、目標動作点の軌跡を破線で表しており、運転動作点の軌跡を実線で表している。また、補正を行わなかった場合の目標動作点の軌跡を二点鎖線で表している。
【００４７】
ターボコンプレッサ２１３が動作点Ｐにて運転されている際に、要求動作点が動作点Ｐから動作点Ｑ１に変更される。この際、現状の制御タイミングにおける運転動作点である動作点Ｐが、第１境界線よりも高流量側の範囲に含まれているため、制御部３００は、目標動作点についての補正を行わずに動作点Ｑ１を目標動作点に設定し、目標動作点である動作点Ｑ１に基づいてターボコンプレッサ２１３を制御する。
【００４８】
次の制御タイミングにおいて、要求動作点が動作点Ｑ１から動作点Ｒ１に変更される。この際、現状の制御タイミングにおける運転動作点である動作点Ｑ２が、第１境界線よりも低流量側の範囲に含まれているため、制御部３００は、目標流量に補正ゲインを乗じることによって目標動作点を動作点Ｒ１から動作点Ｒ３に補正する。そのため、目標動作点が補正されない場合（目標動作点が動作点Ｒ１とされる場合）に比べて、目標流量の変化量は小さくされる。
【００４９】
さらに次の制御タイミングにおいて、要求動作点が動作点Ｒ１から動作点Ｓに変更される。この際、現状の制御タイミングにおける運転動作点である動作点Ｒ２は、第１境界線よりも高流量側の範囲内に戻っているため、制御部３００は、目標動作点についての補正を行わずに動作点Ｓを目標動作点に設定する。
【００５０】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、運転動作点が第１境界線よりも低流量側の範囲に入った場合、運転動作点とサージング領域との距離が近いほどターボコンプレッサ２１３における単位時間当たりの目標流量の変化量が小さくされ、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量と目標流量との間に誤差が生じることが抑制される。このため、ターボコンプレッサ２１３の動作点が第１領域内に入ったとしても、サージング領域に入る前に第１領域よりも高流量側に戻すことができ、ターボコンプレッサ２１３の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことをより確実に抑制できる。
【００５１】
尚、本実施形態では、運転動作点が第１境界線よりも低流量側である場合に、目標流量を補正しているが、運転動作点が第２境界線よりも低流量側である場合に、目標流量を補正してもよいし、運転動作点とサージング領域との距離が予め定められた所定の距離以下になった場合に、目標流量を補正してもよい。
【００５２】
Ｃ．第３実施形態
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）と同じである。第３実施形態では、制御部３００は、燃料電池１００に供給される空気量が燃料電池１００の発電に要求される空気量より大きく、かつ、燃料電池１００に供給される空気圧が燃料電池１００の発電に要求される空気圧よりも大きい場合は、バイパス弁２３１の開度を目標動作点に応じた開度よりも大きくさせることが第１実施形態（図３）と異なる。
【００５３】
図９は、第３実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、要求動作点に応じてターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する際、制御部３００によって実行される。まず、制御部３００は、第１実施形態（図３）と同様に、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点に移行させるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点に移行させる場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、制御部３００は、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ３２０）。一方、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側でない動作点に移行させる場合（ステップＳ３１０：ＮＯ）、制御部３００は、第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ３３０）。ステップＳ３２０もしくはステップＳ３３０の処理が行われた後、制御部３００は、設定した目標動作点に基づいてターボコンプレッサ２１３の吐出空気量（ＡＣＰ流量）と、燃料電池１００に供給される空気量（ＦＣ流量）と、燃料電池１００内の空気圧（ＦＣ圧力）との指令値を設定する（ステップＳ３４０）。
【００５４】
次に、制御部３００は、燃料電池１００に供給されている空気量と、燃料電池１００内の空気圧とを取得し、燃料電池１００に供給されている空気量が燃料電池１００の発電に要求される空気量より大きく、かつ、燃料電池１００に供給されている空気圧が燃料電池１００の発電に要求される空気圧よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５０）。本実施形態では、燃料電池１００に供給されている空気圧は、圧力センサ２１４により取得した空気圧を用いる。また、燃料電池１００に供給されている空気量は、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、流量センサ２１２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、計算によって推定する。
【００５５】
燃料電池１００に供給されている空気量が燃料電池１００の発電に要求される空気量より大きく、かつ、燃料電池１００に供給されている空気圧が燃料電池１００の発電に要求される空気圧よりも大きい場合（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、制御部３００は、バイパス弁２３１の開度を目標動作点に応じた開度よりも大きくする（ステップＳ３６０）。より具体的には、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量と燃料電池１００の発電に要求される空気量との差に相当する流量の空気がバイパス流路２３０を流れるように、制御部３００は、バイパス弁２３１の開度の指令値についての補正を行う。この際に制御部３００によって補正される指令値は、バイパス弁２３１の開度の指令値ではなく、バイパス弁２３１を駆動させるトルクの指令値や、バイパス弁２３１を駆動させるモータの電流の指令値であってもよい。一方、燃料電池１００に供給されている空気量が燃料電池１００の発電に要求される空気量より小さい、または、燃料電池１００に供給されている空気圧が燃料電池１００の発電に要求される空気圧よりも小さい場合（ステップＳ３５０：ＮＯ）、制御部３００は、バイパス弁２３１の開度の指令値についての補正を行わず、処理をステップＳ３７０に移行させる。
【００５６】
その後、制御部３００は、設定した指令値に基づいて、ターボコンプレッサ２１３の駆動と、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度とを操作し（ステップＳ３７０）、この処理を終了する。
【００５７】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池１００に供給される空気量が目標流量に対して上振れしており、かつ、燃料電池１００内の空気圧が目標圧力に対して上振れしている場合、上振れ分の流量の空気が燃料電池１００を介さずにバイパス流路２３０から排出されるように、バイパス弁２３１の開度が大きくされる。このため、燃料電池１００に対して過剰な流量の空気が供給されることを抑制しつつ、ターボコンプレッサ２１３の動作点をサージング領域から遠ざけることができる。
【００５８】
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、図６のステップＳ２６０の後に、図９のステップＳ３５０からステップＳ３７０の処理を行う。
【００５９】
Ｄ．第４実施形態
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、制御部３００は、ターボコンプレッサ２１３の運転動作点とサージング領域との距離が近いほど、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくとも一方の開度を、目標動作点に応じた開度よりも大きくさせることが第１実施形態（図３）と異なる。
【００６０】
図１０は、第４実施形態における目標動作点移行処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、要求動作点に応じてターボコンプレッサ２１３の目標動作点を設定する際、制御部３００によって実行される。まず、制御部３００は、第１実施形態（図３）と同様に、制御部３００は、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側の動作点へ移行させるか否かを判定する（ステップＳ４１０）。目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点へ移行させる場合（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、制御部３００は、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ４２０）。一方、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側でない動作点へ移行させる場合（ステップＳ４１０：ＮＯ）、制御部３００は、第２領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定する（ステップＳ４３０）。ステップＳ４２０もしくはステップＳ４３０の処理が行われた後、制御部３００は、設定した目標動作点に基づいてターボコンプレッサ２１３の吐出空気量（ＡＣＰ流量）と、燃料電池１００に供給される空気量（ＦＣ流量）と、燃料電池１００内の空気圧（ＦＣ圧力）との指令値を設定する（ステップＳ４４０）。
【００６１】
次に、制御部３００は、運転動作点を取得し、運転動作点が第２境界線よりも低流量側であるか否かを判定する（ステップＳ４５０）。運転動作点が第２境界線よりも低流量側である場合（ステップＳ４５０：ＹＥＳ）、制御部３００は、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度を大きくさせる（ステップＳ４６０）。より具体的には、制御部３００は、後述するサージング領域との距離に応じた可変後の比例ゲイン（図１１参照）を乗じることによって、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度の指令値についての補正を行う。この際に制御部３００によって補正される指令値は、バイパス弁２３１の開度の指令値ではなく、バイパス弁２３１を駆動させるトルクの指令値や、バイパス弁２３１を駆動させるモータの電流の指令値であってもよい。一方、運転動作点が第２境界線よりも低流量側でない場合（ステップＳ４５０：ＮＯ）、制御部３００は、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との開度の指令値についての補正を行わずに、処理をステップＳ４７０へと移行させる。
【００６２】
図１１は、サージング領域との距離に応じた比例ゲインの量を示す説明図である。横軸は、サージング領域からの距離を表している。尚、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を用いている。縦軸は、比例ゲインの量を表している。サージング限界線上では、比例ゲインの量は補正を行わない場合に用いられる通常ゲインよりも大きい量の比例ゲインである可変後の比例ゲインとする。サージング限界線上から第２境界線上に向かうにつれて、比例ゲインの量は線形に減少し、第２境界線上では比例ゲインの量は通常ゲインと同じになる。調圧弁２２１の開度の指令値に対して可変後の比例ゲインを乗じて開度を大きくさせた場合、燃料電池１００内の空気圧は低下し、ターボコンプレッサ２１３の圧力比は低下する。また、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量は増加し、燃料電池１００に供給される空気量は増加する。一方、バイパス弁２３１の開度の指令値に対して可変後の比例ゲインを乗じて開度を大きくさせた場合、ターボコンプレッサ２１３の圧力比は低下する。また、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量は増加するが、燃料電池１００に供給される空気量は減少する。したがって、調圧弁２２１の開度とバイパス弁２３１の開度とをバランスよく調整することが好ましい。
【００６３】
図１０に戻り、制御部３００は、設定した指令値に基づいて、ターボコンプレッサ２１３の駆動と、調圧弁２２１とバイパス弁２３１との少なくともいずれか一方の開度とを操作し（ステップＳ４７０）、この処理を終了する。
【００６４】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、運転動作点とサージング領域との距離が近いほど、バイパス弁２３１と調圧弁２２１とのいずれか一方の開度が大きくされることによって、ターボコンプレッサ２１３の吐出空気量が増加させられるとともに、ターボコンプレッサ２１３の圧力比が低下させられ、運転動作点がサージング領域に近付くことが抑制される。このため、ターボコンプレッサ２１３の動作点が意図せずにサージング領域に入ってしまうことをより確実に抑制できる。
【００６５】
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、図６のステップＳ２６０の後に、図１０のステップＳ４５０からステップＳ４７０の処理を行う。
【００６６】
本実施形態と第２実施形態とを組み合わせ、さらに、第３実施形態を組み合わせてもよい。この場合、制御部３００は、図６のステップＳ２６０の後に、図９のステップＳ３５０からステップＳ３６０の処理を行い、その後、図１０のステップＳ４５０からステップＳ４７０の処理を行う。
【００６７】
Ｅ．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、制御部３００は、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点に移行させるという所定の条件を満たす場合（図３、ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定している。これに対して、制御部３００は、常に、すなわち目標動作点を従前の目標動作点から移行させるという条件を満たす場合に、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定してもよい。
【００６８】
Ｆ．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では、制御部３００は、第１領域よりも高流量側の範囲内に目標動作点を設定している（ステップＳ１２０）。つまり、制御部３００は、第１領域の全部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に目標動作点を設定している。これに対して、制御部３００は、第１領域の少なくとも一部の領域よりも高流量側の動作点の範囲内に目標動作点を設定してもよい。例えば、制御部３００は、第１境界線を所定の量、低流量側にオフセットした線よりも高流量側の動作点の範囲内に目標動作点を設定してもよいし、第１境界線とサージング領域との距離が遠くなる所定の圧力比よりも高圧力比側においては、第１境界線近傍の第１領域内に目標動作点を設定してもよい。つまり、目標動作点として制御部３００が設定することができる動作点の範囲には、第１領域が含まれないことが好ましいが、第１領域の一部が含まれていてもよい。
【００６９】
Ｇ．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、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側である動作点に移行させる場合（図３、ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、かつ、要求動作点が第１領域内の動作点である場合、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じである第１境界線上の動作点に目標動作点を設定している。これに対して、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じで、吐出空気量が第１境界線上の吐出空気量よりも大きい動作点に目標動作点を設定してもよい。また、目標動作点を従前の目標動作点よりも低流量かつ低圧力比側でない動作点に移行させる場合（図３、ステップＳ１１０：ＮＯ）、かつ、要求動作点が第２領域内の動作点である場合、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じである第２境界線上の動作点に目標動作点を設定している。これに対して、制御部３００は、圧力比が要求動作点における圧力比と同じで、吐出空気量が第２境界線上の吐出空気量よりも大きい動作点に目標動作点を設定してもよい。
【００７０】
Ｈ．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、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が設定した目標動作点を用いて推定してもよい。
【００７１】
Ｉ．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、バイパス流路２３０は、ターボコンプレッサ２１３と燃料電池１００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。
【００７２】
Ｊ．他の実施形態６
上述した各実施形態において、燃料電池システム１０は、大気圧センサ２１１を備えていなくてもよい。この場合、制御部３００は、圧力比を算出する際における吸入空気圧として、大気圧センサ２１１によって取得した大気圧でなく、固定値（例えば、標準気圧）を用いる。
【００７３】
Ｋ．他の実施形態７
上述した各実施形態における燃料電池システム１０では、流量センサ２１２は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１３よりも上流側に設けられており、燃料電池１００に供給されている空気量は、流量センサ２１２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、計算によって推定している。これに対して、流量センサ２１２は、空気供給流路２１０におけるターボコンプレッサ２１３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。また、空気供給流路２１０におけるバイパス流路２３０との接続部と燃料電池１００との間に、第２の流量センサを設け、第２の流量センサによって取得した空気量を、燃料電池１００に供給されている空気量として用いてもよい。バイパス流路２３０に、第２の流量センサを設け、流量センサ２１２によって取得した空気量と、第２の流量センサによって取得した空気量との差によって、燃料電池１００に供給されている空気量を取得してもよい。
【００７４】
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】
【００７５】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
２１０…空気供給流路
２１１…大気圧センサ
２１２…流量センサ
２１３…ターボコンプレッサ
２１４…圧力センサ
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
【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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