(57)【要約】【課題】電流の制限を解除する場合の燃料ガスの需給バランスの崩れを抑制する。【解決手段】燃料電池システムの電力制御部は、燃料電池が前記燃料ガス供給部の供給能力の上限で発電している場合に、燃料電池が前記発電要求量に見合った発電ができない制限条件が成立していると判断した場合に電流の制限を開始し、制限条件が解消して電流の制限を解除するときに、発電要求量が燃料電池の最大発電量から定めた閾値を超えている場合には、電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除し、発電要求量が閾値以下の場合には、電流の制限を前記第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除する。【選択図】図２
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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、
燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池が発電電力を出力する電源ラインに接続され、前記燃料電池から外部に供給する電力の少なくとも電流量を制限する電流の制限が実施可能な電力制御部と、
前記燃料電池を、前記燃料電池に要求される発電要求量で運転するよう、少なくとも前記燃料ガス供給部による前記燃料ガスの供給を制御する発電制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、
前記燃料電池が前記燃料ガス供給部の供給能力の上限で発電している場合において、前記燃料電池が前記発電要求量に見合った発電ができない制限条件が成立していると判断した場合に前記電流の制限を開始し、
前記制限条件が解消して前記電流の制限を解除するときに、前記発電要求量が前記燃料電池の定格発電量を下まわる閾値であって予め定められた閾値を超えている場合には、前記電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除し、前記発電要求量が前記閾値以下の場合には、前記電流の制限を前記第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除する、
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、
前記電力制御部は、
前記制限条件の成立を、少なくとも、前記発電要求量が前記燃料電池の定格発電量を含む発電の上限領域を越えている第１条件と、前記燃料ガスの供給が不足して前記発電要求量に見合った発電がされていない第２条件との両方により判断し、
前記制限条件の解消を前記第２条件により判断する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記電力制御部は、前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、第１判定値以上の場合に、前記電流の制限をするときの前記第２条件を満たしたと判断する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記電力制御部は、前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、前記第１判定値より小さな第２判定値以下の場合に、前記第２条件を満たさなくなったとして、前記電流の制限を解除する、
燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池システムの制御方法であって、
燃料電池が前記燃料電池の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部の供給能力の上限で発電している場合において、前記燃料電池が前記燃料電池に対する発電要求量に見合った発電ができない制限条件が成立していると判断した場合に前記燃料電池から外部に供給する電力の少なくとも電流量を制限する電流の制限を開始し、
前記制限条件が解消して前記電流の制限を解除するときに、前記発電要求量が前記燃料電池の定格発電量を下まわる閾値であって予め定められた閾値を超えている場合には、前記電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除し、前記発電要求量が前記閾値以下の場合には、前記電流の制限を前記第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記制限条件の成立を、少なくとも、前記発電要求量が前記燃料電池の定格発電量を含む発電の上限領域を越えている第１条件と、前記燃料ガスの供給が不足して前記発電要求量に見合った発電がされていない第２条件との両方により判断し、
前記制限条件の解消を前記第２条件により判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、第１判定値以上の場合に、前記電流の制限をするときの前記第２条件を満たしたと判断する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、前記第１判定値より小さな第２判定値以下の場合に、前記第２条件を満たさなくなったとして、前記電流の制限を解除する、
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その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、発電のための燃料ガスを燃料電池に供給するインジェクタなどの仕組みを備え、外部からの発電要求量の上限として規定された定格発電量の発電を可能とするだけの燃料ガスを燃料電池に供給できるように設計されている。こうした燃料電池では、発電のために消費される燃料ガス以外に、発電に関与しない燃料ガスが存在することから、定格発電量に近い状態で発電していると、燃料ガスの供給と消費のバランスが崩れてしまうことがある。発電に関与しない燃料ガスには、例えばクロスリークと呼ばれる現象により、発電に寄与することなくカソード側に移動する燃料ガスや、クロスリークによってアノード側に移動する窒素ガスや水などの不純物を外部に排出するときに不純物と共に失われる燃料ガスなどがある。このため、燃料ガスの供給系を最大限に駆動して、燃料ガスを供給していても、発電要求量に対して燃料ガスが不足することがある。こうした場合には、燃料電池から出力する電流を制限する電流の制限の制御を行なって、燃料ガスの供給と消費のバランスを回復させている。燃料ガスが不足したまま燃料電池を無理に運転させると、燃料電池の劣化を招くからである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０１４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池における電流の制限の制御を解除する場合、発電要求量が高ければ、取り出せる電流値をできるだけ短期間に増加できることが望ましい。例えば、車載の燃料電池システムでは、電流の制限により燃料電池からの出力が不足すると、ドライバビリティが悪化した、と運転者が感じる場合があるからである。しかし、電流の制限を単純に解除しただけでは、短時間のうち再度電流の制限が必要になってしまう場合があることを見出した。このため、燃料電池における電流の制限の制御の解除をどのように行なうべきか、という点について、更なる改良が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を踏まえて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、燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記燃料電池が発電電力を出力する電源ラインに接続され、前記燃料電池から外部に供給する電力の少なくとも電流量を制限する電流の制限が実施可能な電力制御部と、前記燃料電池を、前記燃料電池に要求される発電要求量で運転するよう、少なくとも前記燃料ガス供給部による前記燃料ガスの供給を制御する発電制御部と、を備え、前記電力制御部は、前記燃料電池が前記燃料ガス供給部の供給能力の上限で発電している場合において、前記燃料電池が前記発電要求量に見合った発電ができない制限条件が成立していると判断した場合に前記電流の制限を開始し、前記制限条件が解消して前記電流の制限を解除するときに、前記発電要求量が前記燃料電池の最大発電量から定めた閾値を超えている場合には、前記電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除し、前記発電要求量が前記閾値以下の場合には、前記電流の制限を前記第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除する。
【０００７】
この形態によれば、電力制御部は、電流の制限を解除する場合、発電要求量が燃料電池の最大発電量から定めた閾値を超えている場合には、電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除するので、電流の制限を解除する時に再び電流の制限がかかることを起こり難くできる。一方、発電要求量が閾値以下の場合には、電流の制限を第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除するので、燃料電池に要求発電量を発電させやすくできる。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記電力制御部は、前記制限条件の成立を、少なくとも、前記発電要求量が前記燃料電池の発電の上限領域を越えている第１条件と、前記燃料ガスの供給が不足して前記発電要求量に見合った発電がされていない第２条件との両方により判断し、前記制限条件の解消を前記第２条件により判断してもよい。この形態によれば、電力制御部は、発電要求量が燃料電池の発電の上限領域である第１条件と、燃料ガスの供給が不足して発電要求量に見合った発電がされていない第２条件との両方により判断するので、一時的な燃料ガスの供給不足が発生しているが、直ぐに燃料ガスの供給不足が解消するような場合に、電流の制限がかかることを抑制できる。
【０００９】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記電力制御部は、前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、第１判定値以上の場合に、前記電流の制限をするときの前記第２条件を満たしたと判断してもよい。この形態によれば、電力制御部は、第２条件を満たしたことを確実に判断できる。
【００１０】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記電力制御部は、前記発電要求量を満たすために必要とされる前記燃料ガスの圧力と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力との差が、前記第１判定値より小さな第２判定値以下の場合に、前記第２条件を満たさなくなったとして、前記電流の制限を解除してもよい。この形態によれば、発電要求量を満たすために必要とされる燃料ガスの圧力と、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力との差が、第１判定値より小さな第２判定値以下の場合に電流の制限を解除するので、電流の制限を解除した後で再び電流の制限がかかることを起こり難くできる。
【００１１】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池システムの制御方法等、種々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】燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】電力制御部による燃料電池システムの制御フローチャートである。
【図３】燃料電池システムのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０は、例えば車両に搭載されてもよい。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給部２００と、酸化剤ガス供給部３００と、発電制御部４０と、電力制御部４１と、負荷４２と、を備える。負荷４２は、燃料電池システム１０が車載されていれば、車両駆動用モータ等である。
【００１４】
燃料電池１００は、積層された複数の発電ユニット１１０を備えており、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用い、酸化剤ガスとして空気を用いる。発電ユニット１１０は、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間の電解質膜とを備えるが、これらの図示や説明は、省略する。燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド１２０を介して発電ユニット１１０のアノードに供給され、燃料ガス排出マニホールド１２５に排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールド１３０を介して発電ユニット１１０のカソードに供給され、酸化剤ガス排出マニホールド１３５に排出される。燃料電池１００が生成した電力は、電力制御部４１を介して負荷４２に供給される。
【００１５】
燃料ガス供給部２００は、燃料ガスタンク２０５と、燃料ガス供給管２１０と、主止弁２２０と、シャット弁２２５と、レギュレータ２３０と、インジェクタ２４０と、燃料ガス排出管２５０と、気液分離器２６０と、還流管２７０と、還流ポンプ２８０と、排気排水管２９０と、排気排水弁２９５と、圧力センサ２３５、２４５と、を備える。
【００１６】
燃料ガスタンク２０５は、燃料ガスとしての水素を貯蔵する。燃料ガス供給管２１０は、燃料ガスタンク２０５と、燃料電池１００の燃料ガス供給マニホールド１２０とを接続する管である。燃料ガス供給管２１０には、燃料ガスタンク２０５から燃料電池１００に向けて、順に、主止弁２２０と、シャット弁２２５と、レギュレータ２３０と、インジェクタ２４０が配置されている。主止弁２２０は、燃料ガスタンク２０５に接続され、燃料ガスタンク２０５からの燃料ガスの供給をオン・オフする手動式の弁である。シャット弁２２５は、主止弁２２０の下流側に設けられ、電力制御部４１からの指示を受けて、燃料ガスの供給をオン・オフする電磁弁である。レギュレータ２３０は、主止弁２２０の下流に設けられ、燃料ガスの圧力を所定の圧力に下げる。燃料ガスタンク２０５からレギュレータ２３０までの間の燃料ガス供給管２１０の中の燃料ガスの圧力は、高圧であり、この間の燃料ガス供給管２１０を、「高圧燃料ガス供給管２１１」とも呼ぶ。
【００１７】
レギュレータ２３０の下流には、インジェクタ２４０が配置されている。インジェクタ２４０は、電力制御部４１からの指示を受けて、燃料ガスの圧力と量とを調整して下流に噴射し、燃料電池１００へ燃料ガスを供給する。本実施形態では、燃料ガス供給部２００は、３つのインジェクタ２４０を備えるが、インジェクタ２４０の数は１つ以上であればよい。なお、インジェクタ２４０の数が多ければ、燃料電池１００への燃料ガスの供給可能量を増大させることが可能となる。レギュレータ２３０からインジェクタ２４０までの間の燃料ガス供給管２１０の中の燃料ガスの圧力は、高圧燃料ガス供給管２１１の中の燃料ガスの圧力よりも低い圧力である。レギュレータ２３０からインジェクタ２４０までの間の燃料ガス供給管２１０を、「中圧燃料ガス供給管２１２」とも呼ぶ。中圧燃料ガス供給管２１２には、圧力センサ２３５が配置されている。
【００１８】
インジェクタ２４０の下流の燃料ガス供給管２１０は、燃料電池１００の燃料ガス供給マニホールド１２０に接続されている。インジェクタ２４０から燃料電池１００までの間の燃料ガス供給管２１０の燃料ガスの圧力は、中圧燃料ガス供給管２１２の中の燃料ガスの圧力よりも低い圧力である。インジェクタ２４０から燃料電池１００までの間の燃料ガス供給管２１０を、「低圧燃料ガス供給管２１３」とも呼ぶ。低圧燃料ガス供給管２１３には、圧力センサ２４５が配置されている。
【００１９】
燃料ガス排出管２５０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出するための管であり、燃料電池１００の燃料ガス排出マニホールド１２５に接続されている。燃料ガス排出管２５０の下流には、気液分離器２６０が接続されている。気液分離器２６０は、燃料排ガス中の気体成分と液体成分とを分離する。ここで燃料排ガス中の気体成分には、主として、燃料電池１００で消費されなかった燃料ガスと、燃料電池１００のカソードから電解質膜（図示ぜず）を通ってアノードに移動してきた窒素や水蒸気が含まれる。液体成分には、カソードから電解質膜を通ってアノードに移動してきた水蒸気が結露して生じた水が含まれる。還流管２７０は、燃料電池１００で消費されなかった燃料ガスを低圧燃料ガス供給管２１３に還流するための管であり、気液分離器２６０と低圧燃料ガス供給管２１３とを接続している。燃料電池１００で消費されなかった燃料ガスは、気液分離器２６０で気体成分として分離され、低圧燃料ガス供給管２１３に送られる。還流管２７０には、還流ポンプ２８０が配置されており、燃料ガスが低圧燃料ガス供給管２１３から還流管２７０に向けて逆流することを抑制している。気液分離器２６０の鉛直下方には、気液分離器２６０中の液体成分を車外に排出するための排気排水管２９０が接続されており、排気排水管２９０には、水や窒素を排出するための排気排水弁２９５が設けられている。排気排水弁２９５が開けられると、気液分離器２６０に滞留した水や窒素とともに未反応の燃料ガスの一部が排出される。
【００２０】
酸化剤ガス供給部３００は、酸化剤ガス供給管３１０と、酸化剤ガス排出管３２０と、を備える。酸化剤ガス供給管３１０は、燃料電池１００の酸化剤ガス供給マニホールド１３０に接続されており、燃料電池１００に酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス排出管３２０は、燃料電池１００の酸化剤ガス排出マニホールド１３５に接続されており、燃料電池１００から排出された酸化剤排ガスを大気に排出する。
【００２１】
発電制御部４０は、燃料電池システム１０が搭載された車両における、アクセルペダルの踏量と車両の車速とを用いて、燃料電池１００に要求する電力（「発電要求量」とも呼ぶ。）を求め、この発電要求量に基づいて、シャット弁２２５、インジェクタ２４０、還流ポンプ２８０、排気排水弁２９５を制御することで燃料電池１００に供給される燃料ガスの供給量や圧力を制御し、燃料電池１００に発電を実行させる。電力制御部４１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータにより構成されており、電源ライン１４０を介して燃料電池１００から受けた電力を、外部の負荷４２に供給する。このとき、燃料電池１００から引き出す電流を制限することが実施可能である。
【００２２】
図２は、電力制御部４１による燃料電池システム１０の制御フローチャートである。電力制御部４１は、燃料電池システム１０の起動後、図２に示す制御フローチャートを所定のタイミングで繰り返し実行する。
【００２３】
ステップＳ１００では、電力制御部４１は、燃料電池１００に対する発電要求量が燃料電池１００の発電の上限領域を越えている第１条件を満たしているか、を判断する。燃料電池１００の発電の上限領域では、燃料電池１００は、燃料ガス供給部２００の供給能力の上限で発電している。燃料ガス供給部２００の供給能力の上限で運転とは、インジェクタ２４０が最大本数（第１実施形態では３本）で、最大のデューティで開弁されて燃料ガスを噴射しているといった場合のみならず、発電要求量が燃料電池１００の最大発電量（定格発電量）に近い発電を行うために必要な燃料ガスを供給している場合を含む。また、燃料電池１００を一時的であれば、定格発電量を超えて運転可能としている場合には、定格発電量を超える運転状態、すなわち、短時間定格発電量での運転を含む。そのため、この第１条件を満たせば、燃料電池１００に対する発電要求量を満たすために必要な燃料ガスの需要量に対して、インジェクタ２４０から供給される燃料ガスの供給量が不足する可能性のある領域であると言える。なお、燃料ガスの需要量は、燃料電池１００に対する発電要求量の電力を発生させるために燃料電池１００によって消費される燃料ガスの消費量と、排気排水弁２９５の開弁時に排気排水弁２９５を介して大気に排気される燃料ガスの排気量と、燃料電池１００においてアノードから電解質膜を介してカソードに移動する燃料ガスの移動量の和である。電力制御部４１は、第１条件を満たしている場合にはステップＳ１１０に移行し、満たしていない場合にはステップＳ１７０に移行する。
【００２４】
ステップＳ１１０では、電力制御部４１は、燃料ガスの供給が不足して発電要求量に見合った発電がされていない第２条件を満たしているか、を判断する。具体的には、電力制御部４１は、例えば、低圧燃料ガス供給管２１３における燃料ガスの圧力指令値Ｐｃｏｍと、圧力センサ２４５により測定された現在の低圧燃料ガス供給管２１３における燃料ガスの圧力の測定値Ｐｍとの差ΔＰが、第１判定値Ｐｔｈ１以上となっているかを判断する。圧力指令値Ｐｃｏｍは、燃料電池１００の発電要求量の電力を発生させるために必要な燃料ガスの圧力である。第１判定値Ｐｔｈ１は、例えば、５ｋＰａである。電力制御部４１は、ステップＳ１１０において第２条件を満たしている場合には、ステップＳ１２０に移行する。燃料電池１００に発電要求量の電力を発生させることは難しいからである。第２条件を満たしていない場合には、ステップＳ１７０に移行する。なお、電力制御部４１は、第２条件を１回満たしただけで無く、第２条件をｎ回（ｎは２以上の整数であり、例えば５）の制御周期に渡って満たした場合にステップＳ１２０に移行するようにしてもよい。ｎ回の判定を行えば、誤判定による電流制限の開始を抑制できる。
【００２５】
ステップＳ１２０では、電力制御部４１は、燃料電池１００から引き出す電流の制限値を決定し、燃料電池１００から引き出す電流を制限する。電流の制限値は、例えば発電要求量の電力の８５％の電力を発生させるのに必要な電流量よりも小さい値である。
【００２６】
ステップＳ１３０では、電力制御部４１は、燃料電池１００から引き出す電流の制限を開始した後、第２条件が解消したか否かを判断する。電力制御部４１は、第２条件が解消していれば（Ｓ１３０でＹｅｓ）、ステップＳ１４０に移行し、第２条件が解消していなければ（Ｓ１３０でＮｏ）、解消するまで、ステップＳ１３０を繰り返し実行し、電流の制限を維持する。ここで、電力制御部４１は、ステップＳ１３０の判断を行う場合、第１判定値Ｐｔｈ１の代わりに、第１判定値Ｐｔｈ１よりも小さい第２判定値Ｐｔｈ２を用いる。すなわち、電力制御部４１は、燃料ガスの圧力の測定値Ｐｍと燃料ガスの圧力指令値Ｐｃｏｍとの差ΔＰが第１判定値Ｐｔｈ１未満となっても、第２判定値Ｐｔｈ２以下とならなければ、電力制御部４１は、電流の制限を維持するようにしてもよい。こうすれば、電流の制限を解除した後、再び電流の制限がかかることを起こり難くできる。第２判定値Ｐｔｈ１は、例えば、０ｋＰａである。ステップＳ１３０においても、電力制御部４１は、第２条件を１回解消しただけで無く、第２条件をｎ回（ｎは２以上の整数であり、例えば５）の制御周期に渡って解消した場合にステップＳ１４０に移行するようにしてもよい。
【００２７】
ステップＳ１４０では、電力制御部４１は、燃料電池１００への発電要求量が燃料電池１００の最大発電量から定めた閾値を超えているか、を判断する。ここで、閾値は、例えば、燃料電池１００の最大発電量の８５％である。燃料電池１００への発電要求量が、閾値を超えている場合には、処理をステップＳ１５０に移行し、越えていない場合には、ステップＳ１６０に移行する。
【００２８】
ステップＳ１５０では、電力制御部４１は、第１の上昇割合Ｉｖ１で燃料電池１００から引き出す電流の制限を解除する。第１の上昇割合Ｉｖ１は、その割合で電流の制限を解除したときに、燃料電池１００の発電により生じた生成水が液体成分として気液分離器２６０に滞留し、電力制御部４１が排気排水弁２９５を開けた時に、液体成分と気体成分が同時に排出され、気体成分のみが排出される場合に比べて相対的に気体成分が排出されにくくなるような時間を考慮し、徐々に電流の制限を解除できる値として予め設定されている。このような第１の上昇割合Ｉｖ１で電流の制限を解除すれば、電力制御部４１が排気排水弁を開けて気液分離器２６０に滞留している液体成分を排出しようとする場合、気体成分のみが排出されない。その結果、気液分離器２６０中の燃料ガスが大気に排出され難くなり、燃料ガスの需要量と燃料ガスの供給量とのバランスを取り易くなり、燃料電池１００の発電電力を回復させやすくできる。
【００２９】
第１の上昇割合Ｉｖ１は、電流の制限からの復帰が可能な最も速い割合の１％であってもよい。例えば、電流の制限からの復帰が可能な最も速い割合を５００Ａ／ｓとすれば、第１の上昇割合Ｉｖ１は、５Ａ／ｓとしてもよい。
【００３０】
ステップＳ１６０では、電力制御部４１は、第２の上昇割合Ｉｖ２で燃料電池１００から引き出す電流の制限を解除する。第２の上昇割合Ｉｖ２は、第１の上昇割合ＩＶ１よりも大きな値であり、例えば、電流の制限からの復帰が可能な最も速い割合、例えば、５００Ａ／ｓである。この場合、燃料電池１００への発電要求量が、燃料電池１００の最大発電量から定めた閾値を越えていないので、燃料ガスの需要量が燃料ガスの供給可能量以下となり、最も速い割合で電流の制限を解除しても、燃料ガスの供給不足により燃料電池１００の発電量が低下することが起こらない。その結果、ドライバビリティが悪化した、と運転者に感じさせ難くできる。なお、ドライバビリティが悪化した、と運転者に感じさせ難くできるのであれば、電力制御部４１は、電流の制限からの復帰が可能な最も速い割合（５００Ａ／ｓ）よりも遅い割合で電流の制限を解除してもよい。例えば、電力制御部４１は、第２の上昇割合Ｉｖ２として、電流の制限からの復帰が可能な最も速い割合の８０％以上の値を採用しても良い。
【００３１】
ステップＳ１７０では、電力制御部４１は、電流の制限を実行しない。燃料ガスの供給不足による燃料電池１００の電圧が低下するおそれが低いからである。
【００３２】
図３は、燃料電池システム１０のタイミングチャートである。図３では、下側に、燃料ガスの圧力指令値Ｐｃｏｍと燃料ガスの圧力の測定値Ｐｍとの差ΔＰを図示し、上側に発電要求量を満たすのに必要な電流Ｉｒｅｑ＿Ｘ、Ｉｒｅｑ＿Ｙと、燃料電池１００からの出力電流ＩＦＣ＿Ｘ、ＩＦＣ＿Ｙを図示している。Ｉｒｅｑ＿Ｘ、ＩＦＣ＿Ｘは、図２のステップＳ１５０に移行する場合の波形の例であり、Ｉｒｅｑ＿Ｙ、ＩＦＣ＿Ｙは、図２のステップＳ１６０に移行する場合の波形の例である。
【００３３】
先ず、ステップＳ１５０に移行する場合について説明する。燃料電池１００に対する発電要求量が増大すると、発電要求量に対応する電流Ｉｒｅｑ＿Ｘが増大する。そして、燃料電池１００からの出力電流ＩＦＣ＿Ｘも増大していく。このとき、発電で消費される燃料ガスの量と排気排水時に排気排水弁２９５から排出される燃料ガスの量の和が、燃料電池１００に供給される燃料ガスの量よりも大きくなると、時刻ｔ１以降、燃料ガスの圧力指令値Ｐｃｏｍと燃料ガスの圧力の測定値Ｐｍとの差ΔＰが大きくなっていく。時刻ｔ２で差ΔＰが第１判定値Ｐｔｈ１になると、電力制御部４１が電流の制限を開始するので、燃料電池１００からの出力電流ＩＦＣ＿Ｘが下がり、差ΔＰも小さくなっていく。時刻ｔ３で差ΔＰが第２判定値Ｐｔｈ２以下となると、電力制御部４１は、電流の制限を解除する。時刻ｔ３において、発電要求量が、燃料電池１００の発電能力の上限（最大発電量）の８５％を越えているので、電力制御部４１は、第１の上昇割合Ｉｖ１で緩やかに電流の制限を解除する。再び電流の制限がかかることを抑制するためである。なお、図３では、発電要求量の代わりに、発電要求量に対応する電流Ｉｒｅｑ＿Ｘを図示しおり、電流Ｉｒｅｑ＿Ｘは、時刻ｔ３において、燃料電池１００の最大発電量の８５％に対応する電流Ｉｍａｘ２を越えている。
【００３４】
次に、ステップＳ１６０に移行する場合について説明する。時刻ｔ２までの波形はステップＳ１５０に移行する場合と同じであるが、時刻ｔ２以降の波形が異なる。時刻ｔ３において、発電要求量は、燃料電池１００の発電能力の上限（最大発電量）の８５％以下であり、発電要求量に対応する電流Ｉｒｅｑ＿Ｙは、燃料電池１００の最大発電量の８５％に対応する電流Ｉｍａｘ２よりも小さくなっている。この場合、再び電流の制限がかかることは発生し難い。電力制御部４１は、第２の上昇割合Ｉｖ２で電流の制限を急峻に解除する。その結果、ドライバビリティが悪化した、と運転者に感じさせ難くできる。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、電力制御部４１は、電流の制限を解除する場合、発電要求量が燃料電池１００の定格発電量を下まわる閾値であって予め定められた閾値を超えている場合には、電流の制限を予め定めた第１の上昇割合で解除するので、電流の制限を解除する時に再び電流の制限がかかることを起こり難くできる。一方、発電要求量が閾値以下の場合には、電流の制限を第１の上昇割合よりも大きな第２の上昇割合で解除するので、ドライバビリティが悪化した、と運転者に感じさせ難くできる。
【００３６】
電力制御部４１は、制限条件の成立を、少なくとも、発電要求量が燃料電池１００の定格発電量を含む発電の上限領域を越えている第１条件と、燃料ガスの供給が不足して発電要求量に見合った発電がされていない第２条件との両方により判断するので、一時的な燃料ガスの供給不足が発生しているが直ぐに燃料ガスの供給不足が解消するような場合に、電流の制限がかかることを抑制できる。なお、電力制御部４１は、第１条件、第２条件以外の条件で判断してもよい。電力制御部４１は、例えば、燃料電池１００の出力電流を用いて判断してもよい。
【００３７】
電力制御部４１は、発電要求量を満たすために必要とされる燃料ガスの圧力Ｐｃｏｍと、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力Ｐｍとの差ΔＰが、第１判定値Ｐｔｈ１以上の場合に、電流の制限をするときの第２条件を満たしたと判断してもよい。この形態によれば、電力制御部は、第２条件を満たしたことを確実に判断できる。なお、電力制御部４１は、これ以外の他の条件で判断してもよい。電力制御部４１は、例えば、燃料電池１００の出力電流を用いて判断してもよい。
【００３８】
電力制御部４１は、発電要求量を満たすために必要とされる燃料ガスの圧力Ｐｃｏｍと、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力Ｐｍとの差ΔＰが、第１判定値Ｐｔｈ１より小さな第２判定値Ｐｔｈ２以下の場合に、第２条件が解消したとして、電流の制限を解除するので、電流の制限を解除した後で再び電流の制限がかかることを起こり難くできる。電力制御部４１は、これ以外の他の条件で判断してもよい。電力制御部４１は、例えば、電流の制限を開始した後の、燃料電池１００の出力電流と燃料ガスの供給量とを用いて、判断してもよい。
【００３９】
図２のステップＳ１３０の説明において、電力制御部４１は、ステップＳ１３０の判断を行う場合、第１判定値Ｐｔｈ１の代わりに、第１判定値Ｐｔｈ１よりも小さい第２判定値Ｐｔｈ２を用いる、と説明したが、ステップＳ１３０の判断を行う場合、第１判定値Ｐｔｈ１を用いてもよい。
【００４０】
上記実施形態で説明した燃料電池システム１０は、例えば燃料電池を搭載した乗用車の他、バスやトラック、また、デュアルモードビークルや、列車にも適用可能である。
【００４１】
本発明は、上述の実施形態や他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、他の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】
【００４２】
１０…燃料電池システム
４０…発電制御部
４１…電力制御部
４２…負荷
１００…燃料電池
１１０…発電ユニット
１２０…燃料ガス供給マニホールド
１２５…燃料ガス排出マニホールド
１３０…酸化剤ガス供給マニホールド
１３５…酸化剤ガス排出マニホールド
１４０…電源ライン
２００…燃料ガス供給部
２０５…燃料ガスタンク
２１０…燃料ガス供給管
２１１…高圧燃料ガス供給管
２１２…中圧燃料ガス供給管
２１３…低圧燃料ガス供給管
２２０…主止弁
２２５…シャット弁
２３０…レギュレータ
２３５…圧力センサ
２４０…インジェクタ
２４５…圧力センサ
２５０…燃料ガス排出管
２６０…気液分離器
２７０…還流管
２８０…還流ポンプ
２９０…排気排水管
２９５…排気排水弁
３００…酸化剤ガス供給部
３１０…酸化剤ガス供給管
３２０…酸化剤ガス排出管
Ｉｒｅｑ＿Ｘ…発電要求量に対応する電流
Ｉｒｅｑ＿Ｙ…発電要求量に対応する電流
Ｉｆｃ＿Ｘ…出力電流
Ｉｆｃ＿Ｙ…出力電流
Ｉｍａｘ…最大発電量に対応する電流
Ｉｍａｘ２…最大発電量の８５％に対応する電流
Ｉｖ１…第１の上昇割合
Ｉｖ２…第２の上昇割合
Ｐｃｏｍ…圧力指令値
Ｐｍ…（低圧燃料ガス供給管の中の燃料ガスの）圧力の測定値
Ｐｔｈ１…第１判定値
Ｐｔｈ２…第２判定値
ΔＰ…差
ｔ１、ｔ２、ｔ３…時刻
【図１】
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【図２】
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【図３】
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