(57)【要約】【課題】燃料電池に対する出力要求が急激に低下する負荷急減時に燃料電池の発電量を急速に低下させることができ、しかも、比較的簡素な構成を有する燃料電池システムを提供する。【解決手段】反応ガスの供給を受けて発電を行い発電に伴う電力を所定の負荷Ｍ３に供給する燃料電池２と、反応ガスのうち酸化ガスを圧縮して燃料電池２に供給する酸化ガス供給装置（エアコンプレッサ３１及びモータＭ１）と、酸化ガス供給装置に制御指令を与えてその動作を制御する制御手段６と、を備える燃料電池システム１である。制御手段６は、燃料電池２に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に酸化ガス供給装置に制御指令を与えて回生動作を実現させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電を行い前記発電に伴う電力を所定の負荷に供給する燃料電池と、前記反応ガスのうち酸化ガスを圧縮して前記燃料電池に供給する酸化ガス供給装置と、前記酸化ガス供給装置に制御指令を与えてその動作を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に前記酸化ガス供給装置に制御指令を与えて回生動作を実現させるものである、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸化ガス供給装置は、エアコンプレッサと、前記エアコンプレッサを駆動するモータと、を有し、
前記制御手段は、前記負荷急減時に前記モータに制御指令を与えて回生動作を実現させるものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池から排出される酸化オフガスを流通させる酸化オフガス流路と、
前記酸化オフガス流路に設けられた背圧弁と、を備え、
前記制御手段は、前記負荷急減時に前記背圧弁に制御指令を与えて前記背圧弁の開度を低減させるものである、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池で発生した電力及び／又は前記酸化ガス供給装置の回生動作により発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
前記負荷急減時に前記蓄電装置に蓄積できない余剰電力を取り込んで吸収する電力吸収手段と、を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスの供給を受けて発電を行い前記発電に伴う電力を所定の負荷に供給する燃料電池と、前記反応ガスのうち酸化ガスを圧縮して前記燃料電池に供給する酸化ガス供給装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に前記酸化ガス供給装置の回生動作を実現させる工程を含む、
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、反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムと、その制御方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料電池自動車等に搭載される燃料電池として、固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を触媒層等からなるアノード極及びカソード極で両側から挟み込み、その外側を一対のセパレータで挟持して形成された単電池を複数積層して構成したスタック状のものが提案されている。かかる燃料電池を自動車等の車両に搭載した車両用燃料電池システムにおいては、通常、アノード極及びカソード極に燃料ガス及び酸化ガスを各々供給して発電を行っている。
【０００３】
ところで、前記した車両用燃料電池システムの運転時においては、燃料電池に対する出力要求が急激に低下する場合（例えばアクセルペダルによる踏み込みが解除される場合）がある。近年においては、このような負荷急減時に燃料電池への反応ガスの供給量を一時的に低減させて、燃料電池システムにおける発電量を低減させる技術が適用されている。例えば、圧縮空気を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいては、車両の急減速時に、圧縮機で圧縮された圧縮空気を外部に排出し、余剰な圧縮空気が燃料電池に供給されることを防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４１０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載されている技術を採用すると、車両の急減速時（負荷急減時）に圧縮機で圧縮された圧縮空気を外部に排出し、余剰な圧縮空気が燃料電池に供給されることを防止して、燃料電池による発電量を抑制することが可能となる。しかし、圧縮機で圧縮された圧縮空気を外部に排出するための機構が必要となり、構成が複雑となるという問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池に対する出力要求が急激に低下する負荷急減時に燃料電池の発電量を急速に低下させることができ、しかも、比較的簡素な構成を有する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電を行い発電に伴う電力を所定の負荷に供給する燃料電池と、反応ガスのうち酸化ガスを圧縮して燃料電池に供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置に制御指令を与えてその動作を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に酸化ガス供給装置に制御指令を与えて回生動作を実現させるものである。
【０００７】
また、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、反応ガスの供給を受けて発電を行い発電に伴う電力を所定の負荷に供給する燃料電池と、反応ガスのうち酸化ガスを圧縮して燃料電池に供給する酸化ガス供給装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に酸化ガス供給装置の回生動作を実現させる工程を含むものである。
【０００８】
かかる構成及び方法によれば、燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に、酸化ガス供給装置の回生動作を実現させて、酸化ガス供給装置の駆動を抑制することができる。従って、負荷急減時に、酸化ガスを外部に排出する機構を設けることなく、燃料電池への酸化ガスの供給を急速に抑制して、燃料電池の発電量を急速に低下させることが可能となる。
【０００９】
前記燃料電池システムにおいて、エアコンプレッサと、このエアコンプレッサを駆動するモータと、を有する酸化ガス供給装置を採用するとともに、負荷急減時にモータに制御指令を与えて回生動作を実現させる制御手段を採用することができる。
【００１０】
また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出される酸化オフガスを流通させる酸化オフガス流路と、酸化オフガス流路に設けられた背圧弁と、を備えるとともに、負荷急減時に背圧弁に制御指令を与えて背圧弁の開度を低減させる制御手段を採用することができる。
【００１１】
かかる構成を採用すると、燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に、背圧弁の開度を低減させて、酸化オフガス流路の圧損を増大させることができる。従って、燃料電池に導入される酸化ガスの量を急激に低減させて、燃料電池の発電量をさらに急速に低下させることが可能となる。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池で発生した電力及び／又は酸化ガス供給装置の回生動作により発生した電力を蓄積する蓄電装置と、負荷急減時に蓄電装置に蓄積できない余剰電力を取り込んで吸収する電力吸収手段と、を備えることもできる。
【００１３】
かかる構成を採用すると、燃料電池に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に、燃料電池で発生した電力や酸化ガス供給装置の回生動作により発生した電力のうち蓄電装置が蓄積できない余剰電力を、電力吸収手段によって吸収することができる。従って、蓄電装置を過充電から保護することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池に対する出力要求が急激に低下する負荷急減時に燃料電池の発電量を急速に低下させることができ、しかも、比較的簡素な構成を有する燃料電池システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。
【００１６】
まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。
【００１７】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて発電を行い発電に伴う電力を発生する燃料電池２、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４、システムの電力を充放電する電力系５、システム全体を統括制御する制御装置６等を備えている。
【００１８】
燃料電池２は、例えば、固体高分子電解質型で構成され、多数の単電池を積層したスタック構造を備えている。燃料電池２の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にカソード極（空気極）を有し、他方の面にアノード極（燃料極）を有し、さらにカソード極及びアノード極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２は電力を発生する。燃料電池２には、発電中の電流（出力電流）を検出する電流センサ２ａ及び電圧（出力電圧）を検出する電圧センサ２ｂと、が取り付けられている。なお、燃料電池２としては、固体分子電解質型の他、燐酸型や溶融炭酸塩型等種々のタイプのものを採用することができる。
【００１９】
酸化ガス配管系３は、エアコンプレッサ３１、酸化ガス供給路３２、加湿モジュール３３、酸化オフガス流路３４、希釈器３５、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１等を有している。エアコンプレッサ３１及びモータＭ１は、本発明における酸化ガス供給装置の一実施形態を構成する。
【００２０】
エアコンプレッサ３１は、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ１の駆動力により駆動されて、図示していないエアフィルタを介して外気から取り込んだ酸素（酸化ガス）を燃料電池２のカソード極に供給する。モータＭ１には、モータＭ１の回転数を検知する回転数検知センサ３ａが取り付けられている。酸化ガス供給路３２は、エアコンプレッサ３１から供給される酸素を燃料電池２のカソード極に導くためのガス流路である。燃料電池２のカソード極からは酸化オフガスが排出される。
【００２１】
加湿モジュール３３は、酸化ガス供給路３２を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、酸化オフガス流路３４を流れる高湿潤状態の酸化オフガスと、の間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。酸化オフガス流路３４は、酸化オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路のカソード極出口付近には背圧弁Ａ１が配設されている。燃料電池２に供給される酸化ガスの背圧は背圧弁Ａ１によって調圧される。希釈器３５は、水素ガスの排出濃度を予め設定された濃度範囲（環境基準に基づいて定められた範囲等）に収まるように希釈する。希釈器３５には、酸化オフガス流路３４の下流及び後述する燃料オフガス流路４４の下流が連通しており、水素オフガス及び酸素オフガスは希釈器３５で混合希釈されてシステム外に排気される。
【００２２】
燃料ガス配管系４は、燃料ガス供給源４１、燃料ガス供給路４２、燃料ガス循環路４３、燃料オフガス流路４４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６、水素循環ポンプ４５を駆動するためのモータＭ２等を有している。
【００２３】
燃料ガス供給源４１は、燃料電池２へ水素ガス等の燃料ガスを供給するものであり、例えば、高圧水素タンクや水素貯蔵タンク等によって構成される。燃料ガス供給路４２は、燃料ガス供給源４１から放出される燃料ガスを燃料電池２のアノード極に導くためのガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２、ＦＣ入口バルブＨ３等の弁が配設されている。タンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２及びＦＣ入口バルブＨ３は、燃料電池２へ燃料ガスを供給（又は遮断）するためのシャットバルブであり、例えば、電磁弁によって構成されている。
【００２４】
燃料ガス循環路４３は、未反応燃料ガスを燃料電池２へ還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてＦＣ出口バルブＨ４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６がこの順に配設されている。燃料電池２から排出された低圧の未反応燃料ガスは、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ２の駆動力により駆動される水素循環ポンプ４５によって適度に加圧され、燃料ガス供給路４２へ導かれる。燃料ガス供給路４２から燃料ガス循環路４３への燃料ガスの逆流は、逆止弁４６によって抑制される。燃料オフガス流路４４は、燃料電池２から排出された水素オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路にはパージバルブＨ５が配設されている。
【００２５】
電力系５は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、補機インバータ５４、チョッパ回路５５、吸収器５６、トラクションモータＭ３、補機モータＭ４等を備えている。トラクションモータＭ３や補機モータＭ４は、本発明における負荷の一実施形態に相当するものである。
【００２６】
高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ５２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ５３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータＭ３から入力された直流電圧を調整してバッテリ５２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００２７】
バッテリ５２は、充放電可能な二次電池であり、種々のタイプの二次電池、例えばニッケル水素バッテリ等により構成されている。バッテリ５２は、図示していないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり、補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。燃料電池２で発電された直流電力の一部は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって昇降圧され、バッテリ５２に充電される。バッテリ５２には、バッテリ５２の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出するＳＯＣセンサ５ａが取り付けられている。バッテリ５２は、本発明における蓄電装置の一実施形態に相当するものである。なお、バッテリ５２に代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタを蓄電装置として採用することもできる。
【００２８】
トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４は、パルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、与えられる制御指令に応じて燃料電池２又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭ３及び補機モータ４へ供給する。トラクションモータＭ３は、車輪７Ｌ、７Ｒを駆動するためのモータである。トラクションモータＭ３には、その回転数を検知する回転数検知センサ５ｂが取り付けられている。補機モータＭ４は、各種補機類を駆動するためのモータであり、エアコンプレッサ３１を駆動するＭ１や水素循環ポンプ４５を駆動するモータＭ２等を総称したものである。
【００２９】
チョッパ回路５５は、制御装置６により設定されたデューティ比に従って燃料電池２の出力をチョッピングしながら、燃料電池２の出力電力を取り込んで、吸収器５６に吸収させるものであり、吸収器５６とともに、燃料電池２の出力電力（余剰電力）を吸収する電力吸収手段の一実施形態を構成する。吸収器５６としては、例えば、抵抗や電気二重層キャパシタ等を採用することができる。なお、吸収器５６には、吸収器５６によって吸収された電力（消費された電力）を計測する計測器５ｃが取り付けられている。
【００３０】
制御装置６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成されており、入力される各センサ信号に基づき、当該システムの各部を統合的に制御する。具体的には、制御装置６は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルペダルセンサ６ａ、ＳＯＣセンサ５ａ、回転数検知センサ５ｂ等から送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池２の対する出力要求電力を算出する。この際、制御装置６は、トラクションモータＭ３の運転モード（Ｐ：パーキングモード、Ｒ：リバースモード、Ｎ：ニュートラルモード、Ｄ：ドライブモード、Ｂ：回生ブレーキモード）を選択するためのシフトレバー等からなる操作部８から送出される信号に基づいて、トラクションモータＭ３からの出力要求の有無を判定する。
【００３１】
そして、制御装置６は、この出力要求電力に対応する出力電力を発生させるように、燃料電池２の出力電圧及び出力電流を制御する。また制御装置６は、トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４の出力パルス等を制御して、トラクションモータＭ３及び補機モータＭ４を制御する。
【００３２】
また、制御装置６は、アクセルペダルセンサ６ａのセンサ信号に基づき、アクセルペダルに対する踏み込みが解除されて燃料電池２に対する出力要求が急減したか否か（出力要求の低下率が所定の閾値を超えたか否か）を判定する。かかる負荷急減判定を行う際に採用される閾値（出力要求の低下率の閾値）は、燃料電池システム１の仕様・規模等に応じて適宜設定することができる。そして、制御装置６は、燃料電池２に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超えるものと判定した場合（負荷急減時）に、燃料電池２による発電を即座に抑制するために、燃料電池２に対する反応ガスのうち空気（酸化ガス）の供給量を減少させるための制御を行う。すなわち、制御装置６は、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。
【００３３】
具体的には、制御装置６は、負荷急減時に、エアコンプレッサ３１の駆動を抑制して燃料電池２に供給される空気（酸化ガス）の供給を低減させるための制御を行う。この際、制御装置６は、エアコンプレッサ３１から燃料電池２への空気の供給を即座に抑制するために、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１に対して回生動作（回生ブレーキ動作）を行わせるための制御指令を与えてエアコンプレッサ３１の駆動を抑制し、かつ、モータＭ１の回生動作に伴って発生した電力をモータＭ１からバッテリ５２に供給することとしている。
【００３４】
さらに、制御装置６は、負荷急減時に、背圧弁Ａ１に閉弁指令を与えて、背圧弁Ａ１の開度を低減させるような制御を行うとともに、チョッパ回路５５に対して制御指令を与えて、燃料電池２から発生する余剰電力を、チョッパ回路５５を介して吸収器５６に吸収させるための制御を行うようになっている。
【００３５】
次に、図２の機能ブロック図及び図３のタイムチャートを用いて、制御装置６のモータ回生制御機能について説明する。
【００３６】
まず、制御装置６は、トラクションモータＭ３の運転モードがドライブモード（Ｄレンジの運転時）にあり、かつ、アクセルペダルセンサ６ａからのセンサ信号に基づいて負荷急減時が到来したものと判定すると、図２に示すように、エアコンプレッサ３１からの空気の排出量の目標値Air-refを設定する（ガス目標値設定機能：Ｂ１）。そして、制御装置６は、エアコンプレッサ３１の駆動に伴う実際の空気の排出量をモータＭ１の回転数（回転数検知センサ３ａのセンサ信号）から算出し、この算出値を測定値（現在値）Air-mesとし、目標値Air-refと測定値Air-mesとの偏差ΔAir１を算出する（ガス偏差算出機能：Ｂ２）。
【００３７】
次いで、制御装置６は、算出した偏差ΔAir１が所定の閾値ΔAir-limよりも小さいか否かを判定する（ガス偏差判定機能：Ｂ３）。この閾値ΔAir-limは、エアコンプレッサ３１及びモータＭ１の特性によって決定される値であって、モータＭ１が惰性で又は性能上減速する値に対応して設定されている。続いて、制御装置６は、偏差ΔAir１が閾値ΔAir-limよりも小さい場合には、回生動作が必要であるとして、目標値Air-refと閾値ΔAir-limとの偏差（第２偏差）ΔAir２を算出し（第２偏差算出機能：Ｂ４）、算出された第２偏差ΔAir２と測定値Air-mesとの偏差（第３偏差）ΔAir３を算出する（第３偏差算出機能：Ｂ５）。そして、制御装置６は、算出した第３偏差ΔAir３を、モータＭ１を回生動作（回生ブレーキ動作）させるための指令値として採用して、モータＭ１に対するＰＩ制御を実行し（回生制御機能：Ｂ６）、その後、このルーチンでの処理を終了する。
【００３８】
エアコンプレッサ３１の回転数を、図３（Ａ）に示すような時間履歴の目標値に従って下げる際に、閾値ΔAir-limに従って惰性でモータＭ１を減速させるだけでは、図３（Ｂ）に示した時間履歴ＡのようにモータＭ１は即座に停止しない。これに対し、本実施形態においては、目標値Air-refと閾値ΔAir-limとから得られた偏差（第２偏差）ΔAir２と、現在値である測定値Air-mesと、の偏差（第３偏差）ΔAir３を指令値として、この指令値を目標値Air-ref（例えば零）にするためのＰＩ制御を実行する。このＰＩ制御にしたがってモータＭ１が回生動作すると、図３（Ｂ）に示した時間履歴Ｂのように、モータＭ１の回転速度を急激に低減させることができる。さらに、モータＭ１の回転速度が急激に低減することに伴って燃料電池２に対する空気（酸化ガス）の供給量が急激に低減するので、図３（Ｃ）に示すように、燃料電池２の発電量を急激に低減させることができ、モータＭ１を回生動作させずに惰性でモータＭ１を減速したときよりも、斜線で示す領域に相当する発電量を少なくすることができる。また、モータＭ１の回生動作が行われている間は、モータＭ１の回生動作に伴う電力がバッテリ５２に供給されるので、この電力によってバッテリ５２を充電することができる。
【００３９】
次に、図４の機能ブロック図を用いて、制御装置６の背圧弁制御機能について説明する。
【００４０】
まず、制御装置６は、トラクションモータＭ３の運転モードがドライブモード（Ｄレンジの運転時）にあり、かつ、アクセルペダルセンサ６ａからのセンサ信号に基づいて負荷急減時が到来したものと判定すると、図４に示すように、アクセル開度から出力要求電力（電力の目標値）Preqを設定する（要求電力設定機能：Ｂ１１）。そして、制御装置６は、電流センサ２ａ及び電圧センサ２ｂのセンサ信号から実際の出力電力を算出し、この算出値を測定値（現在値）Pmesとし、目標値Preqと測定値Pmesとの偏差ΔＰ１を算出する（電力偏差算出機能：Ｂ１２）。
【００４１】
次いで、制御装置６は、算出した偏差ΔＰ１が所定の閾値ΔPlimよりも小さいか否かを判定する（電力偏差判定機能：Ｂ１３）。この閾値ΔPlimは、エアコンプレッサ３１の抑制能力によって決定される電力低下量に対応した値であって、モータＭ１が惰性で又は性能上減速する値に対応して設定されている。続いて、制御装置６は、偏差ΔＰ１が閾値ΔPlimよりも小さい場合には、回生動作が必要であるとして、目標値Preqと閾値ΔPlimとの偏差（第２偏差）ΔＰ２を算出し（第２偏差算出機能：Ｂ１４）、算出された第２偏差ΔＰ２と測定値Pmesとの偏差（第３偏差）ΔＰ３を算出する（第３偏差算出機能：Ｂ１５）。そして、制御装置６は、算出した第３偏差ΔＰ３を、モータＭ１を回生動作（回生ブレーキ動作）させるための指令値として採用して、モータＭ１に対するＰＩ制御を実行する（回生制御機能：Ｂ１６）。
【００４２】
続いて、制御装置６は、算出した第３偏差ΔＰ３を、背圧弁Ａ１の開度制御を行うための開度指令値として採用して、酸化オフガス流路３４内の圧力が許容範囲内に抑制されるように、上下限処理を施しながら背圧弁Ａ１の開度を低減させるような制御を実行する（背圧弁開度低減機能：Ｂ１７）。その後、このルーチンでの処理を終了する。このように、負荷急減時に、モータＭ１の回生動作を行わせるとともに背圧弁Ａ１の開度を低減させることにより、酸化オフガス流路３４の圧損が大きくなり、燃料電池２に導入される空気の量を急激に低減することができ、燃料電池２の発電量をさらに急速に低下させることができる。
【００４３】
次に、図５の機能ブロック図を用いて、制御装置６の電力吸収制御機能について説明する。
【００４４】
本制御におけるＢ２１〜Ｂ２５の各機能は、図４に示したＢ１１〜Ｂ１５の各機能（要求電力設定機能Ｂ１１、電力偏差算出機能Ｂ１２、電力偏差判定機能Ｂ１３、第２偏差算出機能Ｂ１４、第３偏差算出機能Ｂ１５）と実質的に同一であるので、説明を省略する。制御装置６は、第３偏差算出機能Ｂ２５により第３偏差ΔＰ３を算出した後、内蔵されたメモリのデューティマップを検索し、第３偏差ΔＰ３に対応した第１デューティ比Dr１を算出する（第１デューティ比設定機能：Ｂ２６）。
【００４５】
一方、制御装置６は、前回のルーチンで算出され吸収器５６により吸収させるべきであった電力（前回値）Pabs-reqと、吸収器５６によって実際に吸収された電力（計測器５ｃの計測によって得られた計測値）Pabs-mesと、の偏差ΔPabsを算出し（吸収電力偏差算出機能：Ｂ２７）、偏差ΔPabsを指令値としたＰＩ制御を実行して第２デューティ比Dr２を算出する（第２デューティ比設定機能：Ｂ２8）。この後、制御装置６は、第１デューティ比Dr１と第２デューティ比Dr２とを加算して第３デューティ比Dr３を算出し（第３デューティ算出機能：Ｂ２９）、算出された第３デューティ比Dr３をチョッパ回路５５に対する指令値として、チョッパ回路５５に対する制御を開始する。
【００４６】
すなわち、吸収電力偏差機能Ｂ２７により算出される偏差ΔPabsが零でない場合には、吸収値としては偏差ΔPabsの分だけ不足していることから、この不足分に対応した第２デューティ比Dr２とデューティマップから得られた第１デューティ比Dr１とを加算して第３デューティ比Dr３を求め、この第３デューティ比Dr３に従って燃料電池２からチョッパ回路５５に取り込む電力量を設定し、チョッパ回路５５に取り込まれた電力を吸収器５６によって吸収するための処理を実行し、このルーチンでの処理を終了する。
【００４７】
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、燃料電池２に対する出力要求の低下率が所定の閾値を超える負荷急減時に、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１の回生動作を実現させて、エアコンプレッサ３１の駆動を抑制することができる。従って、負荷急減時に、酸化ガスを外部に排出する機構を設けることなく、燃料電池２への酸化ガスの供給を急速に抑制して、燃料電池２の発電量を急速に低下させることが可能となる。
【００４８】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、負荷急減時に、背圧弁Ａ１の開度を低減させて、酸化オフガス流路３４の圧損を増大させることができる。従って、燃料電池２に導入される酸化ガスの量を急激に低減させて、燃料電池２の発電量をさらに急速に低下させることが可能となる。
【００４９】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、負荷急減時に、燃料電池２で発生した電力やエアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１の回生動作により発生した電力のうちバッテリ５２が蓄積できない余剰電力を、電力吸収手段（チョッパ５５及び吸収器５６）によって吸収することができる。従って、バッテリ５２を過充電から保護することができる。
【００５０】
なお、以上の実施形態においては、背圧弁Ａ１の開度制御（図４）と電力吸収手段による電力吸収制御（図５）とを別々に実施した例を示したが、双方を同時に実施することもできる。また、エアコンプレッサ３１のモータＭ１の回生制御（図２、図４、図５）と、背圧弁Ａ１の開度制御（図４）と、電力吸収手段による電力吸収制御（図５）と、を同時に実施してもよい。
【００５１】
また、以上の実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの負荷急変時におけるモータ回生制御を説明するための機能ブロック図である。
【図３】（Ａ）はエアコンプレッサの目標回転数の時間履歴を示すタイムチャート、（Ｂ）はエアコンプレッサの実際の回転数の時間履歴を示すタイムチャート、（Ｃ）は燃料電池の出力の時間履歴を示すタイムチャートである。
【図４】図１に示した燃料電池システムの負荷急変時におけるモータ回生制御及び背圧弁制御を説明するための機能ブロック図である。
【図５】図１に示した燃料電池システムの負荷急変時におけるモータ回生制御及び電力吸収制御を説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、６…制御装置（制御手段）、３１…エアコンプレッサ（酸化ガス供給装置）、３４…酸化オフガス流路、５２…バッテリ（蓄電装置）、５５…チョッパ回路（電力吸収手段）、５６…吸収器（電力吸収手段）、Ａ１…背圧弁、Ｍ１…モータ（酸化ガス供給装置）、Ｍ３…トラクションモータ（所定の負荷）。
【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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