(57)【要約】【課題】燃料電池の状態に対応して燃料ガスの流量を調整することで、燃料ガス不足を防止し、燃料電池を好適に発電させることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池１１０を備え、起動時に所定条件が成立した場合、燃料電池１１０の暖機を促進させるため低温起動する燃料電池システム１であって、燃料電池１１０の発電状態を検出する発電状態検出手段と、燃料電池１１０の発電状態と、燃料電池１１０に供給される燃料ガスの流量の切替基準である切替閾値とに基づいて、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、を備え、低温起動した場合、燃料ガス流量調整手段は、燃料ガスの流量が増加するように、切替閾値を変更する。【選択図】図１
2008153071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池を備え、起動時に所定条件が成立した場合、前記燃料電池の暖機を促進させるため低温起動する燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、
前記燃料電池の発電状態と、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量の切替基準である切替閾値とに基づいて、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、
を備え、
低温起動した場合、前記燃料ガス流量調整手段は、燃料ガスの流量が増加するように、前記切替閾値を変更する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池を備え、起動時に所定条件が成立した場合、前記燃料電池の暖機を促進させるため低温起動する燃料電池システムであって、
前記燃料電池に要求された要求発電量を検出する要求発電量検出手段と、
前記要求発電量と、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量の切替基準である切替閾値とに基づいて、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、
を備え、
低温起動した場合、前記燃料ガス流量調整手段は、燃料ガスの流量が増加するように、前記切替閾値を変更する
ことを特徴と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は、移動体に搭載されるシステムであると共に、前記移動体は前記燃料電池の発電電力に基づいて移動し、
前記要求発電量は、前記移動体に対して要求された要求加速度に基づいて算出される
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池から排出された排出燃料ガスを、燃料ガス源から前記燃料電池に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス供給流路に戻すことによって、燃料ガスを循環させる循環流路と、
前記燃料ガス供給流路と前記循環流路との合流点に設けられると共に、前記燃料ガス源からの燃料ガスを噴射するノズルを有し、前記燃料ガス源からの燃料ガスと前記循環流路からの排出燃料ガスとを混合するエゼクタと、
を備え、
前記エゼクタは、前記ノズルの噴射口における噴射断面積を調整する噴射口調整機構を備え、前記噴射口調整機構によって前記ノズルの噴射口における噴射断面積が調整されることで、前記燃料電池への燃料ガスの流量が調整される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の有効発電面積を推定する有効発電面積推定手段を、さらに備え、
前記燃料ガス流量調整手段は、推定された有効発電面積に基づいて、前記切替閾値を補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段を、さらに備え、
前記燃料ガス流量調整手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以上になるまで、前記切替閾値の変更を継続する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１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】
近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池は、その要求発電量（例えば、燃料電池が燃料電池自動車に搭載される場合、アクセルペダルの踏み込み量に基づく要求加速度）に対応して、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給しないと、燃料電池で燃料ガス及び酸化剤ガスのガス不足となる虞がある。
そこで、このようなガス不足を防止するために、要求発電量に対応して、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような燃料電池は、好適に発電する温度（好適発電温度）を固有している。例えば、固体高分子型燃料電池の場合、その好適発電温度は７０〜８０℃であり、これは燃料電池を構成するＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）のアノード及びカソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）の種類に主に依存する。
したがって、例えば、氷点下（０℃未満）等の低温環境下から燃料電池の発電を開始する場合、発電による自己発熱量を一時的に増加させて、燃料電池の暖機を促進させつつ起動させる技術が提案されている。このような起動は、低温起動と称され、特に氷点下から起動させる場合、氷点下起動と称される。
【特許文献１】特開２００３−１５１５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記したように低温起動し、燃料電池の暖機を促進させた後でも、ＭＥＡの表面等において水分が未だ局部的に凍結している場合があり、有効に発電可能なＭＥＡの面積（有効発電面積）が、小さいときがある。そして、このように有効発電面積が小さい状況において、大きな要求発電量があり、燃料電池の出力が急に高くなる場合、特許文献１のように、燃料電池の状態に関わらず、単に、要求発電量に対応して燃料ガスの流量を制御したのみでは、燃料電池で燃料ガス不足となる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池の状態に対応して燃料ガスの流量を調整することで、燃料ガス不足を防止し、燃料電池を好適に発電させることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池を備え、起動時に所定条件が成立した場合、前記燃料電池の暖機を促進させるため低温起動する燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、前記燃料電池の発電状態と、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量の切替基準である切替閾値とに基づいて、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、を備え、低温起動した場合、前記燃料ガス流量調整手段は、燃料ガスの流量が増加するように、前記切替閾値を変更することを特徴とする燃料電池システムである。
【０００７】
このような燃料電池システムによれば、起動時に所定条件が成立した場合、燃料電池の暖機を促進させるため低温起動する。そして、このように燃料電池システムが、低温起動した場合、つまり、低温起動を経験した場合、燃料ガス流量調整手段が、燃料ガスの流量が増加するように、切替基準となる切替閾値を、例えば小さい閾値に変更する。
【０００８】
したがって、低温起動を経験した場合に、低温起動を経験していない通常起動時と同じ発電状態（例えば、後記する燃料電池の出力変化量、アノード側の差圧）であったとしても、切替閾値が変更されているので、燃料電池に供給される燃料ガスの流量が増加する。よって、仮に、燃料電池を構成するＭＥＡ（電解質膜等）が未だ局部的に凍結等しており、その有効発電面積が小さくなっていても、凍結等しておらず良好に発電可能なＭＥＡの部分への燃料ガスの供給量が増加する。ゆえに、良好に発電可能なＭＥＡの部分で、燃料ガス不足が発生しにくくなり、燃料電池は良好に発電することが可能となる。
また、燃料ガス不足になると、電食（例えば電解質膜の電気分解）によって電解質膜が劣化する虞があるが、このように燃料ガス不足になりにくいので、電解質膜の劣化が防止され、電解質膜の寿命を延ばすことができる。
【０００９】
また、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池を備え、起動時に所定条件が成立した場合、前記燃料電池の暖機を促進させるため低温起動する燃料電池システムであって、前記燃料電池に要求された要求発電量を検出する要求発電量検出手段と、前記要求発電量と、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量の切替基準である切替閾値とに基づいて、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、を備え、低温起動した場合、前記燃料ガス流量調整手段は、燃料ガスの流量が増加するように、前記切替閾値を変更することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１０】
このような燃料電池システムによれば、低温起動を経験した場合に、低温起動を経験していない通常起動時と同じ要求発電量があったとしても、切替閾値が変更されているので、燃料電池に供給される燃料ガスの流量が増加する。よって、仮に、燃料電池を構成するＭＥＡの有効発電面積が小さくなっていても、良好に発電可能なＭＥＡの部分への燃料ガスの供給量が増加し、燃料電池は要求発電量に応じて発電することが可能となる。
【００１１】
また、前記燃料電池システムは、移動体に搭載されるシステムであると共に、前記移動体は前記燃料電池の発電電力に基づいて移動し、前記要求発電量は、前記移動体に対して要求された要求加速度に基づいて算出されることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１２】
このような燃料電池システムによれば、移動体に対して要求された要求加速度に基づいて、燃料電池に対して要求される要求発電量が算出される。そして、この算出された要求発電量に基づいて、燃料ガスの流量が調整される。すなわち、移動体に対して要求された要求加速度に基づいて、燃料ガスの流量を調整し、燃料電池を好適に発電させ、移動体を加速させることができる。
【００１３】
また、前記燃料電池から排出された排出燃料ガスを、燃料ガス源から前記燃料電池に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス供給流路に戻すことによって、燃料ガスを循環させる循環流路と、前記燃料ガス供給流路と前記循環流路との合流点に設けられると共に、前記燃料ガス源からの燃料ガスを噴射するノズルを有し、前記燃料ガス源からの燃料ガスと前記循環流路からの排出燃料ガスとを混合するエゼクタと、を備え、前記エゼクタは、前記ノズルの噴射口における噴射断面積を調整する噴射口調整機構を備え、前記噴射口調整機構によって前記ノズルの噴射口における噴射断面積が調整されることで、前記燃料電池への燃料ガスの流量が調整されることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１４】
このような燃料電池システムによれば、循環流路とエゼクタとを備えるので、燃料電池から排出された排出燃料ガスを燃料ガス供給流路に戻しつつ、エゼクタにおいて、燃料ガス源（例えば水素タンク）からの燃料ガスをノズルで噴射し、この噴射された燃料ガス源からの燃料ガスと排出燃料ガスとを混合し、燃料電池に供給することができる。
ここで、燃料電池から排出された排出燃料ガスの温度は、一般に、燃料電池の発電に伴う自己発熱によって、燃料ガス源からの燃料ガスよりも高い。よって、このような温度の高い排出燃料ガスと、燃料ガス源からの燃料ガスとをエゼクタで混合することにより、燃料電池に供給される燃料ガスの温度を高めることができる。そして、この温度が高くなった燃料ガスを燃料電池に供給することにより、燃料電池の温度低下を抑制することができる。ゆえに、燃料電池への燃料ガスの流量を増加させても、燃料ガスによる燃料電池の温度低下を防止することができる。
【００１５】
また、燃料ガス流量調整手段を構成するエゼクタの噴射口調整機構によって、燃料ガスを噴射するノズルの噴射口における噴射断面積が調整されることで、噴射される燃料ガス源からの燃料ガスの流量及び流速が調整される。このように、燃料ガスの流速が調整されるので、燃料ガスの流れに基づいて発生する吸引負圧も調整されることになり、エゼクタで吸引される排出燃料ガスの流量も調整される。このようにして、エゼクタの噴射口調整機構で、ノズルの噴射口における噴射断面積を調整することで、燃料電池に供給される燃料ガス（燃料ガス源からの燃料ガスと、排出燃料ガスとが混合されたもの）の流量を調整することができる。
【００１６】
また、噴射口調整機構を、後記する実施形態のように、ノズルの噴射口に進退自在に遊挿されたニードルを備えて構成した場合、このニードルをソレノイド等によって、発電状態又は要求発電量に対応して瞬時に進退させることで、ノズルの噴射口における噴射断面積を瞬時に調整することができる。したがって、このような構成にすれば、発電状態又は要求発電量に対応して、ノズルの噴射口から噴射される燃料ガス源からの燃料ガスの流量を瞬時に調整することができ、よって、燃料電池への燃料ガス（燃料ガス源からの燃料ガスと排出燃料ガスとが混合されたもの）の流量を、瞬時に調整することができる。
【００１７】
これにより、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載された場合において、運転者が急加速するためアクセルペダルを急に踏み込み、燃料電池自動車に対しての要求加速度（要求発電量）や、燃料電池の出力（発電状態）が急に増加しても、これに対応して、ニードルが瞬時に進退され、燃料ガス流量を瞬時に増加させることができる。よって、燃料電池における燃料ガス不足を防止すると共に、燃料電池の出力（発電電力）を増加させ、燃料電池自動車を加速させることができる。
さらに、このようなエゼクタは、従来のエゼクタにニードルを追加することで容易に構成可能であると共に、他の流量調整弁等の機器を備える必要がないので、省スペース化を図ることもできる。
【００１８】
また、前記燃料電池の有効発電面積を推定する有効発電面積推定手段を、さらに備え、前記燃料ガス流量調整手段は、推定された有効発電面積に基づいて、前記切替閾値を補正することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１９】
このような燃料電池システムによれば、有効発電面積推定手段によって、燃料電池の有効発電面積を推定することができる。
そして、燃料ガス流量調整手段が、推定された有効発電面積に基づいて切替閾値を補正する。詳細には、有効発電面積が小さい場合、燃料ガスの流量が増加するように切替閾値を小さい閾値に補正し、一方、有効発電面積が大きい場合、燃料ガスの流量が減少するように切替閾値を大きい閾値に補正する。したがって、推定された有効発電面積に対応して、燃料ガスを適切な流量で燃料電池に供給することができる。
【００２０】
また、前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段を、さらに備え、前記燃料ガス流量調整手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以上になるまで、前記切替閾値の変更を継続することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２１】
このような燃料電池システムによれば、燃料ガス流量調整手段によって、燃料電池温度検出手段による燃料電池の温度が所定温度以上になるまで、切替閾値の変更が継続される。言い換えると、燃料電池の温度が所定温度以上となった場合、燃料ガスの流量を増加するための切替閾値の変更が停止されるので、無駄な燃料ガスの供給、及びその消費を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の状態に対応して燃料ガスの流量を調整することで、燃料ガス不足を防止し、燃料電池を好適に発電させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図５を適宜参照して説明する。
【００２４】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池１１０と、燃料電池１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給及び排出するアノード系と、燃料電池１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給及び排出するカソード系と、燃料電池１１０の出力端子（図示しない）に接続され、燃料電池１１０の発電電力を消費する電力消費系と、ＩＧ１５１（イグニッション）と、アクセルペダル１５２と、これらを電子制御するＥＣＵ１６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を主に備えている。そして、運転者によるアクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて燃料電池１１０が発電し、この発電電力によって走行モータ１４１が駆動することで、燃料電池自動車が走行するようになっている。
【００２５】
＜燃料電池＞
燃料電池１１０（燃料電池スタック）は、単セルが複数積層されることによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、電解質膜（固体高分子膜）の両面をアノード（燃料極）及びカソード（空気極）で挟んでなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、ＭＥＡを挟む一対のセパレータと、を主に備えている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素、空気を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路１１１（燃料ガス流路）、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００２６】
そして、アノード流路１１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１１２を介して各カソードに酸素を含む空気が供給されると、アノード、カソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電気化学反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、このように各単セルで電位差が発生した燃料電池１１０に対して、発電要求があり電流が取り出されると燃料電池１１０が発電するようになっている。
【００２７】
また、前記セパレータには、燃料電池１１０を適宜に冷却させるための冷媒（ラジエータ液）が通流する冷媒流路１１３が形成されている。なお、冷媒は、配管１１３ａ、冷媒流路１１３、配管１１３ｂの順で流れるようになっている。
【００２８】
＜アノード系＞
アノード系は、水素が貯蔵された水素タンク１２１（燃料ガス源）と、遮断弁１２２と、エゼクタ１０と、圧力センサ１２３と、パージ弁１２４と、を主に備えている。
水素タンク１２１は、配管１２１ａ、遮断弁１２２、配管１２２ａ、エゼクタ１０、配管１０ａを順に介して、アノード流路１１１の入口に接続されている。そして、遮断弁１２２がＥＣＵ１６０によって開かれると、水素がアノード流路１１１に供給されるようになっている。また、配管１２２ａには減圧弁（図示しない）が設けられており、水素が所定圧力に減圧されるようになっている。
【００２９】
圧力センサ１２３は、アノード流路１１１内の水素（ガス）の圧力を検出可能なように、配管１０ａに設けられている。そして、圧力センサ１２３はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はアノード流路１１１内の水素の圧力を検知するようになっている。
【００３０】
アノード流路１１１の出口は、配管１２４ａ、パージ弁１２４、配管１２４ｂが順に接続されている。また、配管１２４ａの途中は、配管１２４ｃを介して、エゼクタ１０に接続されている。
パージ弁１２４は、例えばゲート弁等の開閉弁であって、通常は閉じている。そして、このようにパージ弁が閉じている場合、アノード流路１１１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガス（排出燃料ガス）が、配管１２４ｃを介して、エゼクタ１０に戻され、再び、燃料電池１１０に供給、つまり、水素が循環するようになっている。
一方、アノードオフガス中の水分等の不純物が増加した場合、つまり、循環する水素に同伴する不純物が増加した場合、ＥＣＵ１６０によってパージ弁１２４は開かれ、アノードオフガスが、配管１２４ｂを介して、外部に排出されるようになっている。
【００３１】
ここで、第１実施形態において、水素タンク１２１（燃料ガス源）から燃料電池１１０に供給される水素が流れる燃料ガス供給流路は、配管１２１ａ、遮断弁１２２、配管１２２ａ、エゼクタ１０、配管１０ａを備えて構成されている。そして、水素を循環させる循環流路は、配管１２４ｃによって構成されている。また、エゼクタ１０は、燃料ガス供給流路と循環流路との合流点に設けられている。
【００３２】
［エゼクタ］
次に、エゼクタ１０について詳細に説明する。
エゼクタ１０は、パージ弁１２４が閉じている状態において、水素タンク１２１からの水素を後記するノズル３０で噴射することで負圧を発生させ、配管１２４ｃ経由のアノードオフガスを吸引し、水素タンク１２１からの水素とアノードオフガスとを混合する機器である。
【００３３】
このようなエゼクタ１０は、図２、図３に示すように、基体２０と、基体２０に螺設されたノズル３０と、ノズル３０の中空部３１において、その軸線上を進退自在に移動すると共に、ノズル３０の噴射口３２に遊挿されたニードル４０と、ノズル３０の外側で基体２０に螺設されたディフューザ５０と、ディフューザ５０に外嵌したケーシング６０と、基体２０に螺設されると共にソレノイド７１を有するソレノイド部７０と、を主に備えている。
【００３４】
ニードル４０は、ソレノイド部７０に内蔵された圧縮コイルバネ７２によってノズル３０側に付勢されている。そして、ソレノイド７１がＯＦＦされている場合、ストッパとして機能するニードル４０の基端部４１が基体２０に当接し、ニードル４０がソレノイド７１のＯＦＦ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル４０がＯＦＦ位置にある場合、ニードル４０の先端４２がノズル３０の噴射口３２から突出し、噴射口３２における水素の噴射断面積が小さくなり（ノズル３０の噴射口：小）、ノズル３０で噴射される水素タンク１２１からの水素の流量（噴射流量）が減少するように設計されている（図２参照）。
【００３５】
一方、ソレノイド７１がＥＣＵ１６０によりＯＮされた場合、ニードル４０がノズル３０に対して後退し、ソレノイド７１のＯＮ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル４０がＯＮ位置にある場合、ニードル４０の先端４２が噴射口３２から離間し、噴射口３２における水素の噴射断面積が大きくなり（ノズル３０の噴射口：大）、水素タンク１２１からの水素の流量（噴射流量）が増加するように設計されている（図３参照）。
【００３６】
ディフューザ５０は、その中心軸線上に水素流路５１を有すると共に、その下流側に向かって、略円形の水素流路５１の断面積が徐々に縮径する縮径部５２と、断面積が最小となるスロート部５３と、断面積が徐々に拡径する拡径する拡径部５４と、を備えている。縮径部５２には、周方向において複数（例えば４つ）のアノードオフガス導入孔５５が形成されている。
【００３７】
そして、パージ弁１２４（図１参照）が閉じた状態において、水素タンク１２１からの水素が、基体２０に形成された水素流路２１、ノズル３０の中空部３１を通って、噴射口３２から噴射されると、負圧が発生するようになっている。次いで、この負圧により、アノードオフガスが、配管１２４ｃ（図１参照）から、ケーシング６０のアノードオフガス導入孔６１、ディフューザ５０とケーシング６０との間に形成されたリング状の分配マニホールド空間６２、複数のアノードオフガス導入孔５５を介して、水素流路５１に吸引されるようになっている。その後、拡径部５４内の水素流路５１において、噴射された水素タンク１２１からの水素と、吸引されたアノードオフガスとが混合され、燃料電池１１０に向かうようになっている。
【００３８】
すなわち、第１実施形態において、ノズル３０の噴射断面積を調整する噴射口調整機構は、ニードル４０と、ソレノイド７１と、圧縮コイルバネ７２とを備えて構成されている。そして、このような噴射口調整機構を備えるエゼクタ１０は、燃料電池１１０に供給される水素の流量を調整する燃料ガス流量調整手段を構成している。
【００３９】
＜カソード系＞
図１に戻って説明を続ける。
カソード系は、コンプレッサ１３１と、温度センサ１３２（燃料電池温度検出手段）と、を主に備えている。
コンプレッサ１３１は、配管１３１ａを介して、カソード流路１１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ１６０の指令に従ってコンプレッサ１３１が作動すると、酸素を含む空気が、カソード流路１１２に圧送されるようになっている。なお、配管１３１ａには加湿器（図示しない）が設けられており、燃料電池１１０に送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
【００４０】
カソード流路１１２の出口には、配管１３２ａが接続されている。そして、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスが、配管１３２ａを介して外部に排出されるようになっている。
【００４１】
温度センサ１３２は、配管１３２ａの燃料電池１１０寄りに設けられており、燃料電池１１０から排出されたカソードオフガスの温度を、現在の燃料電池１１０の温度及び燃料電池システム１の温度（以下、システム温度Ｔ１１と総称する）として検出するようになっている。そして、温度センサ１３２はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０は現在のシステム温度Ｔ１１を検知するようになっている。
【００４２】
＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池自動車を走行させる電動式の走行モータ１４１と、ＶＣＵ１４２（Voltage Control Unit）と、出力検出器１４３とを主に備えており、走行モータ１４１は、ＶＣＵ１４２、出力検出器１４３を順に介して、燃料電池１１０の出力端子（図示しない）に接続されている。
走行モータ１４１は、燃料電池自動車を走行させる電動モータである。
ＶＣＵ１４２は、ＥＣＵ１６０の指令に従って燃料電池１１０の出力（発電電力）を制御するユニットであり、ＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えている。すなわち、ＥＣＵ１６０が発電要求に対応してＶＣＵ１４２を適宜に制御すれば、この発電要求に応じて燃料電池１１０から電流が取り出され、燃料電池１１０が発電するようになっている。
出力検出器１４３は、燃料電池１１０の出力電流及び出力電圧を検出する機器であり、電流計及び電圧計を備えており、電流計及び電圧計は適所に配置されている。そして、出力検出器１４３はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０は燃料電池１１０の現在の出力電流及び出力電圧を検知するようになっている。
【００４３】
＜ＩＧ、アクセルペダル＞
ＩＧ１５１は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１５１はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はＩＧ１５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００４４】
アクセルペダル１５２は、運転者が燃料電池自動車を加速させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル１５２はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はアクセルペダル１５２の踏み込み量を検知するようになっている。
【００４５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。
そして、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ信号を検知すると、遮断弁１２２を開き、コンプレッサ１３１を作動させ、ＶＣＵ１４２を適宜に制御して燃料電池１１０の発電を開始するように構成されている。
【００４６】
また、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ時のシステム温度Ｔ１１に基づいて、燃料電池システム１を低温起動又は通常起動させる機能を備えている。
さらに、ＥＣＵ１６０（発電状態検出手段）は、出力検出器１４３で検出される燃料電池１１０の出力（電流、電圧）に基づいて、燃料電池１１０の発電状態である出力変化量（出力電流変化量（Ａ／ｓ）、出力電力変化量（ｋＷ／ｓ）等）を検出する機能を備えている。
【００４７】
さらにまた、ＥＣＵ１６０（燃料ガス流量調整手段）は、燃料電池１１０の出力変化量と、燃料電池１１０への水素流量（ニードル４０のポジション）の切替基準となる切替閾値とに基づいて、燃料電池１１０に供給される水素の流量を調整する機能を備えている（図５参照）。具体的に、ＥＣＵ１６０には、出力変化量が切替閾値以上である場合、ソレノイド７１をＯＮし、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積を大きくするように設定されている。一方、出力変化量が切替閾値以上でない場合、ソレノイド７１をＯＦＦし、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積を小さくするように設定されている（図２、図３、図５参照）。
すなわち、第１実施形態において、燃料ガス流量調整手段は、噴射口調整機構を構成するノズル３０、ニードル４０及びソレノイド７１等と、ＥＣＵ１６０とを備えて構成されている。
【００４８】
また、ＥＣＵ１６０は、低温起動の経験の有無に対応して切替閾値を変更する機能（図５、矢印Ａ１参照）と、燃料電池１１０を構成するＭＥＡの有効発電面積に基づいて切替閾値を補正する機能と、を備えている（図５、矢印Ａ２参照）。
【００４９】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作を、図４を主に参照して、ＥＣＵ１６０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。ＩＧ１５１がＯＮされると、このＯＮ信号を検知したＥＣＵ１６０は、各種処理を実行し、その結果として、図４に示すフローチャートがスタートする。
【００５０】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６０は、温度センサ１３２を介して、ＩＧ１５１のＯＮ時のシステム温度Ｔ１１を検出する。
【００５１】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ時のシステム温度Ｔ１１と低温起動判定温度Ｔ０（例えば０℃）とに基づいて、燃料電池１１０の暖機を促進させるため、低温起動する必要があるか否かを判定する。低温起動判定温度Ｔ０は、システム温度Ｔ１１が、その温度未満であると、燃料電池１１０内等が凍結している虞があるとされる温度であり、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ１６０に記憶されている。
【００５２】
システム温度Ｔ１１が低温起動判定温度Ｔ０未満であり、低温起動する必要があると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ、所定条件が成立した場合）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０５に進む。一方、システム温度Ｔ１１が低温起動判定温度Ｔ０未満でなく、低温起動する必要がないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ、所定条件が成立しない場合）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０３に進む。
【００５３】
都合上、ステップＳ１０３に進んだ場合を先に説明する。
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池１１０に通常流量の水素及び空気を供給して、燃料電池システム１を通常に起動する。
【００５４】
通常に燃料電池システム１を起動した後、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１を通常に運転する。この通常運転では、切替閾値の変更及び補正はされず（図５参照）、予め設定された固定の切替閾値と、燃料電池１１０の出力変化量（出力電流変化量（Ａ／ｓ）、出力電力変化量（ｋＷ／ｓ）等）と、に基づいて、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積の制御が行われる。
続いて、ＥＣＵ１６０の処理は、エンドに進み、システム起動時の制御を終了する。
【００５５】
次に、ステップＳ１０５に進んだ場合を説明する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１を低温起動する。
ここで、燃料電池システム１をどのような方法で低温起動するかについては限定されないが、低温起動する方法としては、例えば、（１）燃料電池１１０に通常起動時よりも多量の水素及び空気を供給すると共に、燃料電池１１０の出力電力が高まるようにＶＣＵ１４２を制御し、燃料電池１１０の自己発熱量を高める方法がある。その他、（２）燃料電池１１０の出力電力は通常起動時と同じ設定にした上で、燃料電池１１０に供給する水素及び空気を減少させることで、燃料電池１１０の自己発熱量を高める方法もある。
【００５６】
その後、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６０は、低温起動により燃料電池１１０の暖機が促進されているものの、ＭＥＡ（燃料電池１１０）に発電不可能な部分が存在する虞もあるので、実際の出力変化量（具体的には出力増加量）が小さくても、正常に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が増加するように、水素流量の切替基準である切替閾値を小さな値に変更する（図５、矢印Ａ１参照）。
【００５７】
そして、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池１１０を構成するＭＥＡの有効発電面積を推定する。
ここで、ＭＥＡの有効発電面積の推定方法は特に限定されないが、例えば、（１）発電要求に対応したアノードへの水素の制御圧力（図示しない減圧弁の二次側の制御圧力）と、圧力センサ１２３よる実際の圧力との圧力差に基づいて、要求発電量に従ってＶＣＵ１４２を制御し燃料電池１１０で水素を消費しているにも関わらず、圧力センサ１２３による実際の圧力が高く、圧力差が大きい場合、ＭＥＡに発電不可能な部分が存在すると推定する方法がある。
その他、（２）アクセルペダル１５２を踏み込んでいるにも関わらず、出力検出器１４３によって、アクセルペダル１５２の踏み込み量に対応した出力電流及び出力電圧（Ｉ−Ｖ特性）が検出されない場合、ＭＥＡに発電不可能な部分が存在すると推定する方法がある。
【００５８】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０７で推定した有効発電面積に基づいて、切替閾値を補正する（図５、矢印Ａ２参照）。
具体的には、推定された有効発電面積が、発電不可能部分が存在しない基準となる基準有効発電面積よりも小さい場合、実際の出力変化量（出力増加量）が小さくても、有効に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が増加するように、小さい切替閾値に変更する。一方、推定された有効発電面積が基準有効発電面積よりも大きい場合、有効に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が減少するように、大きい切替閾値に変更する。
【００５９】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１６０は、出力検出器１４３を介して、単位時間当たりの燃料電池１１０の実際の出力変化量（出力電流変化量（Ａ／ｓ）、出力電力変化量（ｋＷ／ｓ）等）を検出する。
【００６０】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０９で検出した出力変化量が、変更・補正後の切替閾値以上であるか否かを判定する。
【００６１】
出力変化量が切替閾値以上であると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１に進み、ＥＣＵ１６０は、エゼクタ１０のソレノイド７１をＯＮする。そうすると、図３に示すように、ニードル４０がノズル３０に対して後退し、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積が大きくなる。これにより、水素タンク１２１からの水素の噴射流量が増加し、これと共に、吸引負圧も大きくなり、アノードオフガスの吸引流量も増加する。したがって、これらが混合したものであって、燃料電池１１０（ＭＥＡの有効に発電可能な部分）に供給される水素の流量が増加する。よって、ＭＥＡの有効に発電可能な部分は、燃料ガス不足とならず、良好に発電することができる。
【００６２】
また、噴射断面積が大きくなることで、燃料電池１１０の自己発熱によって暖められたアノードオフガスの吸引流量も増加する。そして、この吸引された高温のアノードオフガスが燃料電池１１０の供給されることで、燃料電池１１０の暖機を図ることができ、凍結等による有効発電不可能な部分を解消することができる。
【００６３】
一方、出力変化量が切替閾値以上でないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ステップＳ１１２に進み、ＥＣＵ１６０は、ソレノイド７１をＯＦＦする。そうすると、図２に示すように、ニードル４０がノズル３０に対して前進し、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積が小さくなる。これにより、水素タンク１２１からの水素の噴射量が減少し、適切な流量で水素が燃料電池１１０に供給される。
【００６４】
ステップＳ１１１又はステップＳ１１２の処理後、ステップＳ１１３において、ＥＣＵ１６０は、温度センサ１３２を介して、現在のシステム温度Ｔ１１（燃料電池１１０の温度）を検出する。
【００６５】
次いで、ステップＳ１１４において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１１３で検出したシステム温度Ｔ１１が、所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。所定温度Ｔ１は、水素を増加させるための切替閾値の変更・補正に係る制御を終了させることが可能な温度であり、燃料電池１１０の仕様等に依存し、事前試験により求められ、ＥＣＵ１６０に記憶されている。このような所定温度Ｔ１は、ステップＳ１０２における低温起動判定温度Ｔ０よりも高く、例えば３０℃に設定される。
【００６６】
システム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ１以上であると判定された場合（Ｓ１１４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０４に進み、切替閾値の変更・補正を終了させると共に、予め設定された切替閾値に基づいて水素流量が調整される通常運転に切り替わる。これにより、水素の無駄な供給及びその消費を抑えることができ、燃費を向上させることができる。
【００６７】
一方、システム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ１以上でないと判定された場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ１０９に戻り、ステップＳ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１又はＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１４の処理を繰り返す。すなわち、システム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ１以上となるまで、切替閾値の変更・補正が継続される。
【００６８】
≪燃料電池システムの効果≫
このような第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、主に以下の効果を得ることができる。
（１）燃料電池システム１が低温起動を経験している場合、燃料電池１１０の出力変化量が小さくても、燃料電池１１０への水素の流量が増加するように、切替閾値を小さい閾値に変更するので、燃料電池１１０（有効に発電可能なＭＥＡ）における水素不足を防止しつつ、燃料電池１１０を良好に発電させることができる。そして、このように水素不足になりにくいので、電解質膜の劣化が防止され、その寿命を延ばすことができる。
（２）エゼクタ１０は、ソレノイド７１によってニードル４０を進退させて噴射口３２における噴射断面積を変更するという、制御応答性の高い噴射口調整機構を備えるので、水素の流量を瞬時に制御することができる。また、高温のアノードオフガス（排出燃料ガス）を循環させて、再び、燃料電池１１０に供給する構成を備えるので、アノードオフガスで燃料電池１１０を暖めることができる。
（３）加えて、切替閾値は、燃料電池１１０（ＭＥＡ）の有効発電面積に基づいて補正するので、水素の流量を適切に切り替えて、燃料電池１１０に供給することができる。
【００６９】
（４）システム温度Ｔ１１（燃料電池１１０の温度）が所定温度Ｔ１以上となり、凍結等による有効発電面積の減少が解消されたと予測された場合（Ｓ１１４・Ｙｅｓ）、切替閾値の変更・補正を終了させるので、水素の無駄な供給及びその消費を防止することができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な第１実施形態について説明したが、本発明は前記第１実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、後記する第２実施形態と組み合わせてもよいし、また、次のように変更することができる。
【００７１】
前記した第１実施形態では、燃料電池１１０の出力変化量とこれに対応した切替閾値とに基づいて、ニードル４０のポジションを制御し、水素流量を調整する構成としたが、その他に例えば、アノード流路１１１における水素の目標圧力と圧力センサ１２３が検出する実際の圧力（実測圧力）と差の絶対値である差圧ΔＰを検出し（図４、Ｓ１０９参照）、検出した差圧ΔＰと差圧ΔＰに対応した切替閾値とに基づいて、ニードル４０のポジションを制御し、水素流量を調整する構成としてもよい（図４、Ｓ１１０参照）。なお、目標圧力は、例えば、アクセルペダル１５２の踏み込み量と、踏み込み量と目標圧力とが予め関連付けられたマップと、に基づいて決定される。そして、決定された目標圧力となるように、配管１２２ａ上の減圧弁（図示しない）により制御される。
【００７２】
さらに説明すると、ＭＥＡに発電不能部分が存在し、ＭＥＡにおいて水素が適正に消費されない場合、実測圧力が目標圧力よりも高くなり、差圧ΔＰが大きくなると考えられる。そして、燃料電池システム１が低温起動を経験している場合、実際の差圧ΔＰが小さくても、水素流量が増加するように切替閾値が変更され（図５、矢印Ａ１参照）、さらに、有効発電面積に対応して切替閾値が補正されるので（図５、矢印Ａ２参照）、実際の差圧ΔＰが小さくても、ソレノイド７１がＯＮされ、燃料電池１１０への水素流量が増加する。これにより、ＭＥＡにおいて水素不足とならずに、燃料電池１１０が発電できる。
【００７３】
前記した第１実施形態では、ノズル３０に対してニードル４０が２つの位置に適宜に配置され、ノズル３０の噴射口３２の噴射断面積が２段階で切り替えられる場合を例示したが、これに限定されず、図６に示すように、噴射口３２の噴射断面積が３段階（多段階）で切り替えられる構成としてもよい。さらに説明すると、図６に示すニードル８０は、ソレノイド７１側に向かって、尖った尖端部８１と、尖端部８１よりも太い中細部８２と、中細部８２よりも太い基端部８３と、を備えている。
【００７４】
そして、図６（ａ）に示すように、圧縮コイルバネ７２に付勢されて、基端部８３が噴射口３２の面上に配置される場合、噴射口３２における水素タンク１２１からの水素の噴射断面積が最も小さくなり、中細部８２（図６（ｂ）参照）、基端部８３（図６（ｃ）参照）が配置されると、段階的に大きくなるように設計されている。なお、このようにニードル８０をノズル３０に対して、３つの位置で適宜に配置させるには、ニードル８０に対して２つのソレノイド７１、７１を軸方向に１列で配置し、この２つのソレノイド７１、７１を適宜にＯＮ／ＯＦＦすることで構成することができる。
このように、３段階で水素の噴射断面積を変化させることによって、水素タンク１２１からの水素の噴射流量を３段階で適切に制御することができ、その結果として、燃料電池１１０への水素の流量を適切に制御することができる。
【００７５】
前記した第１実施形態では、燃料電池システム１が搭載される移動体が、自動車（車両）である場合を例示したが、移動体はこれに限定されず、例えば、自動二輪車、列車、船舶等であってもよい。この他、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
【００７６】
前記した第１実施形態では、ＩＧ１５１のＯＮ時のシステム温度Ｔ１１が低温起動判定温度Ｔ０未満である場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、燃料電池システム１を低温起動する必要があると判定する構成としたが（Ｓ１０５）、低温起動判定はこれに限定されない。
例えば、燃料電池自動車の停車中に、燃料電池１１０のシステム温度Ｔ１１を連続的又は断続的に記憶しておき、ＩＧ１５１のＯＮ時に低温起動判定温度Ｔ０以上であったとしても、低温起動判定温度Ｔ０未満を経験していた場合、低温起動する必要があると判定する構成としてもよい。
【００７７】
前記した第１実施形態では、システム温度Ｔ１１（燃料電池１１０の温度）をカソードオフガスの温度を検出する温度センサ１３２で検出する構成としたが、これに限定されず、アノードオフガスが流れる配管１２４ａや、燃料電池１１０から排出された冷媒が流れる配管１１３ｂや、燃料電池１１０自体に温度センサを設けて、検出する構成としてもよいし、複数の温度センサを設けて、誤検出を防止する構成としてもよい。
【００７８】
前記した第１実施形態では、エゼクタ１０のノズル３０における噴射口断面積をニードル４０で変化させることで、燃料電池１１０に供給される水素の流量を変化させる場合を例示したが、その他に例えば、水素タンク１２１とエゼクタ１０との間に流量調整弁を設け、この流量調整弁によって水素の流量を制御する構成であってもよい。
また、配管１２４ｃ（循環流路）上に循環ポンプを備える燃料電池システムの場合、例えば、循環ポンプの回転速度を変化させることで、水素の流量を制御する構成であってもよい。
【００７９】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。
第２実施形態に係る燃料電池システムの機械的構成は、第１実施形態に係る燃料電池システム１と同じであるが、ＥＣＵ１６０に設定されたプログラムが部分的に異なり、その動作が部分的に異なる。以下、第２実施形態に係る燃料電池システムの動作について、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００８０】
なお、第２実施形態に係るＥＣＵ１６０（要求発電量検出手段）は、運転者によるアクセルペダル１５２の踏み込み量と、予め踏み込み量および要求加速度が関連付けられたマップと、に基づいて、運転者から燃料電池自動車に対しての要求加速度を算出する機能を備えている。そして、ＥＣＵ１６０は、算出した要求加速度と、予め要求加速度および要求発電量（要求発電電力）が関連付けられたマップと、に基づいて、燃料電池１１０に対しての要求発電量を算出（検出）する機能を備えている。また、低温起動したか否かを一時的に記憶するために使用する後記フラグＡは、初期状態において０である。
【００８１】
図７に示すように、低温起動する場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）に進むステップＳ２０５において、ＥＣＵ１６０は、第１実施形態のステップＳ１０２（図４参照）と同様に、燃料電池システム１を低温起動すると共に、フラグＡに１を代入し、低温起動したことを一時的に記憶する。
そして、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ２０６に進む。また、第２実施形態では、ステップＳ１０３で燃料電池システム１を通常起動した後、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ２０６に進む。
【００８２】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ１６０は、フラグＡを参照して、燃料電池システム１が低温起動したか否かを判定する。フラグＡが１であり、低温起動したと判定した場合（Ｓ２０６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ２０７に進む。一方、低温起動していないと判定した場合（Ｓ２０６・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ１０４に進む。
【００８３】
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ１６０は、フラグＡをリセット（０を代入）した後、現在のシステム温度Ｔ１１を検出する（Ｓ２０８）。
そして、ステップＳ２０９において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ２０８で検出した現在のシステム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。所定温度Ｔ２は、低温起動後であるものの、燃料電池１１０を構成するＭＥＡに、凍結等によって、発電不可能な部分が存在する虞があるか否かの判定基準であると共に、後記する切替閾値の変更・補正を終了可能か否かの判定基準となる温度であり、燃料電池１１０の仕様等に依存し、事前試験により求められ、ＥＣＵ１６０に記憶されている。このような所定温度Ｔ２は、ステップＳ１０２における低温起動判定温度Ｔ０よりも高く、例えば３０℃に設定される。
【００８４】
現在のシステム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ２以上であると判定した場合（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ１６０は切替閾値の変更・補正をせずに、燃料電池システム１を通常に運転する。この場合は、ＭＥＡに発電不可能な部分が存在する虞がない場合である。
一方、現在のシステム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ２以上でない場合（Ｓ２０９・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ２１０に進む。この場合は、低温起動によって燃料電池１１０の暖機が促進されているものの、ＭＥＡ（燃料電池１１０）に発電不可能な部分が存在する虞がある場合である。
【００８５】
ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１６０は、低温起動を経験しているもののＭＥＡに発電不可能な部分が存在する虞があることに対応して、小さな要求発電量でも、正常に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が増加するように、水素流量の切替基準である切替閾値を小さな値に変更する（図８、矢印Ａ１参照）。
【００８６】
その後、ＥＣＵ１６０は、燃料電池１１０を構成するＭＥＡの有効発電面積を推定し（Ｓ１０７）、ステップＳ２１１において、推定された有効発電面積に基づいて切替閾値を補正する（図８、矢印Ａ２参照）。具体的には、推定された有効発電面積が、発電不可能部分がなく基準となる基準有効発電面積よりも小さい場合、小さい要求発電量であっても、有効に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が増加するように、小さい切替閾値に変更する。一方、推定された有効発電面積が基準有効発電面積よりも大きい場合、有効に発電可能なＭＥＡに供給される水素の流量が減少するように、大きい切替閾値に変更する。
【００８７】
そして、ステップＳ２１２において、ＥＣＵ１６０は、アクセルペダル１５２の踏み込み量と、予め踏み込み量と運転者からの要求加速度とが関連付けられたマップと、に基づいて、運転者からの要求加速度を算出する。続いて、ＥＣＵ１６０は、算出した要求加速度と、予め要求加速度および要求発電量（要求発電電力）が関連付けられたマップと、に基づいて、燃料電池１１０に対しての要求発電量を算出（検出）する。
【００８８】
次いで、ステップＳ２１３において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ２１２で求めた要求発電量が、低温起動の経験の有無に基づいて変更し（Ｓ２１０）、有効発電面積に基づいて補正（Ｓ２１１）した切替閾値以上であるか否かを判定する。
【００８９】
要求発電量が切替閾値以上であると判定した場合（Ｓ２１３・Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１に進み、ＥＣＵ１６０は、エゼクタ１０のソレノイド７１をＯＮする。そうすると、図３に示すように、ニードル４０がノズル３０に対して後退し、これにより、水素タンク１２１からの水素の噴射流量が増加する。よって、ＭＥＡの有効に発電可能な部分は、燃料ガス不足とならず、良好に発電することができ、燃料電池１１０は、要求加速度（要求発電量）に対応して発電することができる。
その後、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ２０８に進む。
【００９０】
一方、要求発電量が切替閾値以上でないと判定した場合（Ｓ２１３・Ｎｏ）、ステップＳ１１２に進み、ＥＣＵ１６０は、ソレノイド７１をＯＦＦする。そうすると、図２に示すように、ニードル４０がノズル３０に対して前進し、ノズル３０の噴射口３２における噴射断面積が小さくなる。これにより、水素タンク１２１からの水素の噴射量が減少し、適切な流量で水素が燃料電池１１０に供給される。
その後、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ２０８に進む。
【００９１】
この後、ステップＳ２０８〜ステップＳ１１１又はステップＳ１１２の処理を繰り返している間に、燃料電池１１０がさらに暖機され、システム温度Ｔ１１（燃料電池１１０の温度）が所定温度Ｔ２以上となった場合（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、切替閾値を変更・補正しない通常運転（Ｓ１０４）に切り替わる。すなわち、システム温度Ｔ１１が所定温度Ｔ２以上となった場合、水素の流量を増加するための切替閾値の変更が停止されるので、無駄な制御が停止されると共に、水素の無駄な供給及びその消費を抑えることができ、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】第１実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＦＦされ、ノズルにおける水素の噴射口（噴射断面積）が小さい状態を示す。
【図３】第１実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＮされ、ノズルにおける水素の噴射口（噴射断面積）が大きい状態を示す。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係る切替閾値を模式的に示すグラフである。
【図６】第１実施形態の変形例に係るノズルとニードルとの関係を示す側断面図であり、（ａ）はノズルにおける水素の噴射口（噴射断面積）が小さい状態、（ｂ）は噴射口が中である状態、（ｃ）は噴射口が大きい状態、をそれぞれ示す。
【図７】第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る切替閾値を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１      燃料電池システム
１０    エゼクタ（燃料ガス流量調整手段）
３０    ノズル（噴射口調整機構）
３２    噴射口
４０    ニードル（噴射口調整機構）
７１    ソレノイド（噴射口調整機構）
７２    圧縮コイルバネ（噴射口調整機構）
１１０  燃料電池
１２１  水素タンク（燃料ガス源）
１２１ａ、１２２ａ、１０ａ  配管（燃料ガス供給流路）
１２３  圧力センサ
１２４  パージ弁
１２４ｃ  配管（循環流路）
１３２  温度センサ（燃料電池温度検出手段）
１４１  走行モータ
１５２  アクセルペダル
１６０  ＥＣＵ（発電状態検出手段、要求発電量検出手段、燃料ガス流量調整手段、有効発電面積推定手段）
Ｔ１    所定温度
Ｔ１１  現在の燃料電池の温度
【図１】
2008153071.tif 000003
【図２】
2008153071.tif 000004
【図３】
2008153071.tif 000005
【図４】
2008153071.tif 000006
【図５】
2008153071.tif 000007
【図６】
2008153071.tif 000008
【図７】
2008153071.tif 000009
【図８】
2008153071.tif 000010