(57)【要約】【課題】燃料電池の発電量を高めることを目的とする。【解決手段】燃料電池１００と、空気圧縮部１２４と、圧縮された空気を前記燃料電池に供給するために前記燃料電池１００と前記空気圧縮部１２４を繋ぐ配管１２６と、燃料電池に対する要求発電量を検知する検知手段１４２と、前記空気圧縮部に供給される直前における空気の温度を測定する測定手段１３４と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度を測定する測定手段１３８と、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を取得し、要求発電量と、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と、あらかじめ決められている燃料電池へ供給される空気の限界温度とを用いて空気圧縮部の動作を制御する制御手段１４０とを備える。【選択図】図１
2008293707.tif 000002
【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、
空気圧縮部と、
圧縮された空気を前記燃料電池に供給するために前記燃料電池と前記空気圧縮部を繋ぐ配管と、
燃料電池に対する要求発電量を検知する検知手段と、
空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を取得する圧縮空気温度取得手段と、
前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度を測定する測定手段と、
要求発電量と、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と、あらかじめ決められている燃料電池へ供給される空気の限界温度とを用いて空気圧縮部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。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記圧縮空気温度取得手段は、
前記空気圧縮部に供給される空気の温度と圧力とを測定する測定手段と、
前記空気圧縮部に供給される空気の温度と前記圧力と前記要求発電量とを用いて空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を予測する圧縮空気温度予測手段と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記圧縮空気温度取得手段は、
大気温度と大気圧とを測定する測定手段と、
前記大気温度と大気圧と要求発電量とから空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を予測する圧縮空気温度予測手段と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度との差と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と燃料電池への供給空気の限界温度との差を用いて、前記空気圧縮部の動作の関係を制御するための制御手段を備える、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度が前記燃料電池への供給される空気の限界温度よりも高い場合には、
前記吐出温度と前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度との差が、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と燃料電池への供給空気の限界温度との差よりも所定の値以上大きい場合に前記空気圧縮部の運転負荷を軽減して前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を低下させる、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記空気圧縮部からの距離が前記空気圧縮部と前記燃料電池との間の距離よりも短くなる位置に前記空気圧縮部に供給する空気を取り入れるための空気取入口を備える、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、
前記燃料電池を車両床下に配置し、
前記空気圧縮部を車両前部または後部に配置する、燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特に燃料電池の運転制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは燃料ガスと空気を燃料電池に供給して発電を行う。燃料電池システムは、より多くの電力が必要な場合には、例えば、空気を圧縮するコンプレッサの能力を上げてより多くの空気を燃料電池に供給して燃料電池の発電量を上げる。一般的にコンプレッサの能力を上げると、圧縮された空気の温度が上昇する。燃料電池の限界温度以上の高温の空気が燃料電池に供給されると燃料電池が壊れる恐れがある。そこで従来の燃料電池システムでは、コンプレッサと燃料電池の間にあるエアクーラーの能力を上げて、エアクーラーから吐出される空気の温度が燃料電池の限界温度以下になるように制御していた（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３８７１２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、エアクーラーから吐出された空気は配管を通って燃料電池に供給されるので、温度が上昇した空気が燃料電池に伝わるまでには、タイムラグがある。また、エアクーラーから吐出された空気は、エアクーラーと燃料電池とを繋ぐ配管内で配管内の空気と混じるとともに配管により空気は冷却される。その結果、エアクーラーからの吐出空気の温度が上がる場合には、実際に燃料電池に供給される空気の温度はエアクーラーから吐出された空気の温度よりも低い。したがって、短い時間内であれば、エアクーラーから吐出される空気の温度が燃料電池の限界温度を超えても、実際に燃料電池に供給される空気の温度は燃料電池の限界温度を超えない。従来技術では、燃料電池を壊さないようにするために、エアクーラーから吐出される空気の温度が燃料電池の限界温度以下になるようにコンプレッサの能力を上げない制御をしていた。その結果、従来技術ではコンプレッサの能力を上げて燃料電池への空気供給量を多くできる余裕があるにもかかわらずコンプレッサの能力を上げていなかったため、燃料電池システムの発電量を高めることができなかった
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも１つを解決するためにされたものであり、燃料電池の発電量を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムは、燃料電池と、空気圧縮部と、圧縮された空気を前記燃料電池に供給するために前記燃料電池と前記空気圧縮部を繋ぐ配管と、燃料電池に対する要求発電量を検知する検知手段と、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を取得する圧縮空気温度取得手段と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度を測定する測定手段と、要求発電量と、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と、あらかじめ決められている燃料電池へ供給される空気の限界温度とを用いて空気圧縮部の動作を制御する制御手段とを備える。本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムによれば、要求発電量が増加したときに、空気圧縮部からの吐出空気の温度が燃料電池の限界温度を超えていても、燃料電池を壊さないように燃料電池を運転させることができる。その結果、燃料電池システムの発電量を高めることができる。
【０００７】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記圧縮空気温度取得手段として、前記空気圧縮部に供給される空気の温度と圧力とを測定する測定手段と、前記空気圧縮部に供給される空気の温度と前記圧力と前記要求発電量とを用いて空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を予測する圧縮空気温度予測手段とを備えるのが好ましい。この態様によれば、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度が高い場合であっても、実際に燃料電池に供給される空気の温度を燃料電池へ供給される空気の限界温度以下にすることができる。
【０００８】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記圧縮空気温度取得手段として、大気温度と大気圧とを測定する測定手段と、前記大気温度と大気圧と要求発電量とから空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を予測する圧縮空気温度予測手段とを備えるのが好ましい。この態様によれば、温度と圧力を測定する測定手段を他の用途と共用できるので、温度と圧力を測定する専用の測定手段が不要となり、燃料電池システムに用いられる部品の数を少なくすることができる。
【０００９】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、さらに、前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度との差と、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と燃料電池への供給空気の限界温度との差を用いて、前記空気圧縮部の動作の関係を制御するための制御手段を備えるのが好ましい。この態様によれば、容易に空気圧縮部の動作を制御できる。
【００１０】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度が前記燃料電池への供給される空気の限界温度よりも高い場合には、前記吐出温度と前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度との差が、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度と燃料電池への供給空気の限界温度との差よりも所定の値以上大きい場合に前記空気圧縮部の運転負荷を軽減して前記空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を低下させるのが好ましい。この態様によれば、圧縮された空気が燃料電池の限界温度を超えたまま燃料電池に供給されることを抑制するように、空気圧縮部の動作を容易に制御できる。
【００１１】
本発明に係る第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記空気圧縮部からの距離が前記空気圧縮部と前記燃料電池との間の距離よりも短くなる位置に前記空気圧縮部に供給する空気を取り入れるための空気取入口を備えるのが好ましい。この態様によれば、空気取入口から空気圧縮部までの距離が短いので、その間の圧力損失が小さい。その結果、空気圧縮部に供給される空気の圧力が大きくなる。空気圧縮部に供給される空気の圧力が大きいと、燃料電池に供給される空気の圧力を同じにするための空気圧縮部の動作は小さくなるので、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度を低くできる。
【００１２】
本発明に係る第２の態様に係る燃料電池車は、前記燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、前記燃料電池を車両床下に配置し、前記空気圧縮部を車両前部または後部に配置する。本発明に係る第２の態様に係る燃料電池車によれば、重い燃料電池を車両床下に配置するので燃料電池車の走行安定性が増す。また、空気取入口は空気が取り入れやすいように車両前部または後部に配置されるので、空気圧縮部を車両前部または後部に配置することにより、空気取入口と空気圧縮部の距離を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を用いて、本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成について説明する。図１は、本実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。
【００１４】
燃料電池システム１０は燃料電池１００と燃料ガスタンク１１０とレギュレータ１１２と空気取入口１２０とエアフィルター１２２と空気圧縮部１２４と配管１２６と温度計１３４と圧力計１３６と燃料電池入口温度計１３８と燃料電池制御装置１４０とアクセル１４２と燃料ガス排気バルブ１５０と空気排気バルブ１５２とを備える。
【００１５】
燃料ガスタンク１１０は、レギュレータ１１２を介して燃料電池１００の燃料ガス供給用マニホールド（図示せず）に接続されている。空気取入口１２０はエアフィルター１２２、空気圧縮部１２４、配管１２６を介して燃料電池１００の空気供給用マニホールド（図示せず）に接続されている。温度計１３４と圧力計１３６はエアフィルター１２２と空気圧縮部１２４の間に配置され、それぞれの出力線は燃料電池制御装置１４０に接続されている。燃料電池入口温度計１３８は配管１２６内の燃料電池１００の空気供給用マニホールドに最も近い位置に配置され、出力線は燃料電池制御部に接続されている。燃料電池制御装置１４０から出力される制御線は空気圧縮部１２４に接続されている。アクセル１４２からの出力線は燃料電池制御装置１４０に接続されている。燃料ガス排気バルブは燃料電池１００の燃料ガス排出用マニホールド（図示せず）に接続されている。空気排気バルブ１５２は燃料電池１００の空気排出用マニホールド（図示せず）に接続されている。
【００１６】
燃料電池１００は燃料ガスおよび空気を用いて発電を行う発電装置である。燃料ガスタンク１１０は燃料電池に用いる燃料ガスを貯蔵する容器である。燃料ガスタンクと言う代わりに燃料ガスボンベと言う場合もある。レギュレータ１１２は燃料ガスタンク１１０から供給される燃料ガスの高い圧力を燃料電池に供給可能な低い圧力に減圧する減圧装置である。
【００１７】
空気取入口１２０は燃料電池１００で用いる空気を大気から取り入れる空気取入装置である。エアフィルター１２２は取り入れられた空気からダストや砂などの不純物を取り除いてろ過する集塵装置である。
【００１８】
空気圧縮部１２４は取り入れられた空気を圧縮して、燃料電池１００に供給する空気の圧力を高める。空気圧縮部１２４は、空気の圧力を高めることにより、より多くの空気を燃料電池１００に供給でき、燃料電池１００の発電量を大きくすることができる。
【００１９】
空気圧縮部１２４はコンプレッサ１２８とエアクーラー１３０とモーター１３２を備える。コンプレッサ１２８は取り入れられた空気を、例えば、回転翼を用いて圧縮する圧縮装置である。なお、コンプレッサ１２８は空気を圧縮できれば他の構成であってもよい。エアクーラー１３０はコンプレッサ１２８による圧縮により温度が上がった圧縮空気の温度を下げる冷却装置である。モーター１３２は、コンプレッサ１２８の例えば回転翼を駆動する駆動装置である。モーター１３２には燃料電池制御部１４０からの制御信号が入力され、モーター１３２の駆動力、すなわち回転数が制御される。
【００２０】
配管１２６は空気圧縮部１２４で圧縮された空気を燃料電池１００に供給するために用いられる管である。
【００２１】
温度計１３４は空気圧縮部１２４に供給される空気の温度を測定する温度測定装置である。圧力計１３６は空気圧縮部１２４に供給される空気の圧力を測定する圧力測定装置である。燃料電池入口温度計１３８は配管１２６内の燃料電池１００に入る直前の圧縮空気の温度を測定する温度測定装置である。温度計１３４、燃料電池入口温度計１３８として、例えば、熱電対温度計を用いることができる。
【００２２】
燃料電池制御装置１４０は燃料電池システム１０全体の動作の制御を行う制御装置である。燃料電池制御装置１４０は、例えば、モーター１３２の回転数を制御することによりコンプレッサ１２８から吐出される圧縮空気の圧力を制御し、燃料電池１００の発電量を制御する。また、燃料電池制御装置１４０は、アクセル１４２の開度を検知し、ドライバーからの要求発電量を検知する。アクセル１４２は、本実施例では、運転手から燃料電池１００の発電要求量の入力を受けるための発電要求量入力装置である。運転手によりアクセル１４２が開けられると要求発電量は増加し、運転手によりアクセル１４２が閉じられると要求発電量は減少する。
【００２３】
燃料ガス排気バルブ１５０は燃料電池１００から排出される燃料ガスの圧力を調製するためのバルブである。空気排気バルブ１５２は燃料電池１００から排出される空気の圧力を調整するためのバルブである。
【００２４】
図２および図３を用いて、燃料電池車の加速時における燃料電池の動作について説明する。図２は燃料電池車の加速時における燃料電池の動作を示すフローチャートである。図３はコンプレッサの運転制御マップを示すグラフである。図３において波線は燃料電池制御装置１４０がコンプレッサ１２８を要求発電量に応じた回転数で運転させるか、要求発電量に応じた回転数よりも小さい回転数で運転させるかを分ける境界線である。
【００２５】
運転手はアクセル１４２を開く事により、燃料電池システム１０に発電量の拡大を要求する。燃料電池制御装置１４０はアクセル１４２の開度を検知することにより運転手からの要求発電量を検知する（ステップＳ１００）。
【００２６】
燃料電池制御装置１４０は、温度計１３４に空気圧縮部に供給される空気の温度を測定させ、圧力計１３６に空気圧縮部に供給される空気の圧力を測定させる。燃料電池制御装置１４０は、得られた空気の温度と圧力とを用いて要求発電量を発電するために必要な空気の量を求め、コンプレッサ１２８の回転数をどれだけにするかを求める（ステップＳ１１０）。この回転数を第１の回転数とする。この段階では、燃料電池制御装置１４０はコンプレッサ１２８の回転数を第１の回転数に増加させず、現在の回転数を維持するのが好ましい。この段階でコンプレッサ１２８の回転数を増加させるとすると、一旦は要求発電量に応じた高温の圧縮空気が吐出される。この場合、燃料電池に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度いかんによっては、実際に燃料電池１００に供給される圧縮空気の温度が燃料電池１００の限界温度を超える恐れがある。
【００２７】
燃料電池制御装置１４０は、コンプレッサ１２８の回転数から空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を予測する（ステップS１２０）。ここで、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度が測定されるような燃料電池システムの場合、コンプレッサ１２８の回転数が変わらない限り、空気圧縮部１２４から吐出される空気の温度は変わらない。したがって、燃料電池制御装置１４０が要求発電量に応じた回転数にコンプレッサ１２８の回転数を上げるシステムにしなければならない。そうすると、上述した問題が生じる恐れがある。したがって、本実施例のように空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を予測する燃料電池システムの方が吐出される圧縮空気の温度を測定する燃料電池システムより好ましい。なお、予測精度を増すため、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度と圧力を測定してもよい。
【００２８】
予測された空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度と燃料電池１００の限界温度を比較する（ステップＳ１３０）。予測された空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度が、燃料電池１００の限界温度以下の場合には（ステップＳ１３０、Ｎ）、空気圧縮部１２４から吐出される高温の圧縮空気が燃料電池１００に到達しても、燃料電池１００の限界温度を超えない。したがって、この場合には、燃料電池制御装置１４０は、コンプレッサ１２８の回転数を第１の回転数に設定する（ステップＳ１４０）。
【００２９】
予測された吐出される圧縮空気の温度が燃料電池１００の限界温度よりも高い場合には（ステップＳ１３０、Ｙ）、空気圧縮部１２４から吐出される高温の圧縮空気が燃料電池１００に到達すると、燃料電池１００の限界温度を超える恐れがある。したがって、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を下げる必要がある。
【００３０】
燃料電池制御装置１４０は、燃料電池１００に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度と燃料電池１００の限界温度との差（ΔＴ１）と、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度と燃料電池１００に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度との差（ΔＴ２）とを求める（ステップＳ１５０）。ここで、燃料電池１００に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度は実測され、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度は予測され、燃料電池１００の限界温度はあらかじめ決められているので、燃料電池制御装置１４０は極めて容易にΔＴ１とΔＴ２を求めることができる。
【００３１】
燃料電池制御装置１４０は、図５に示すコンプレッサ１２８の運転制御マップと求めたΔＴ１とΔＴ２とを用いて、コンプレッサ１２８の運転を制御する。例えば、ΔＴ１とΔＴ２により求められる点が、運転制御マップ上で例えばＸ１の位置にあった場合には（ステップＳ１６０、Ｙ）、燃料電池制御装置１４０は、コンプレッサ１２８に対する回転数を、第１の回転数よりも小さい第２の回転数に設定する（ステップＳ１７０）。一方、ΔＴ１とΔＴ２により求められる点が例えばＸ２の位置にあった場合には（ステップＳ１６０、Ｎ）、燃料電池制御装置１４０は、コンプレッサ１２８の回転数を第１の回転数に設定する（ステップＳ１４０）。
【００３２】
燃料電池制御装置１４０は、設定されたコンプレッサ１２８の回転数に応じてコンプレッサ１２８を回転させて、空気を圧縮する（ステップＳ１８０）。
【００３３】
以後は所定の間隔ごとに上述したステップを繰り返す。なお、１巡目では、発電要求量から求められるコンプレッサ１２８の回転数を第１の回転数としたが、２巡目以降は発電要求量から求められるコンプレッサ１２８の回転数の代わりに現在のコンプレッサの回転数を第１の回転数としてもよい。２巡目以降の方が１巡目よりもコンプレッサ１２８の回転数が高くなる場合があるからである。
【００３４】
図４および図５を用いて、燃料電池車の加速時における発電出力と燃料電池車の各部分の温度について説明する。図４は燃料電池車の加速時における時間と燃料電池の発電出力の関係を示すグラフである。図４において、線Ａは要求発電量であり、線Ｂは実際の発電出力であり、線Ｃは定常運転時限界発電量である。領域Ｄは従来技術では運転できない領域である。図５は燃料電池車の加速時における時間と温度の関係を示すグラフである。図５において、線Ａは空気圧縮部から吐出される空気の予測温度、線Ｂは燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度、線Ｃは燃料電池の限界温度である。以下、図４および図５に示す時刻ｔ１〜ｔ５の時点ごとに説明する。なお、時刻ｔ１からｔ５までの期間は加速中である。
【００３５】
時刻ｔ１：
運転手がアクセル１４２を開くと、要求発電量が大きくなる。このとき、要求発電量は定常運転時限界発電量を超えてもよい。要求発電量は運転手の要求値であり、実際の燃料電池１００の発電量とは異なるからである。ここで、定常運転時限界発電量とは、本実施例では、定常運転時の発電量であって、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度が燃料電池の限界温度と一致するときの発電量をいう。なお、定常運転時は、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度と配管１２６内の燃料電池１００に供給される直前部（以下、「配管内燃料電池直前部１２６ａ」という）の圧縮空気の温度とは一致する。
【００３６】
時刻ｔ２：
次に、図３で説明したフローチャートに従って、コンプレッサ１２８の回転数が決められる。決められたコンプレッサ１２８の回転数にまでコンプレッサの回転数が上がり、燃料電池の発電出力も上がる。配管内燃料電池直前部１２６ａにおける圧縮空気の温度も徐々に上がる。加速当初は、配管内燃料電池直前部１２６ａにおける圧縮空気の温度は低いので、ΔＴ１の値が大きい。したがって、コンプレッサ１２８の運転制御マップ上のΔＴ１とΔＴ２で示される点は、コンプレッサ回転数非修正領域にある。
【００３７】
時刻ｔ３：
燃料電池の発電出力が運転手からの要求発電量に達しても、コンプレッサ１２８の運転制御マップ上のΔＴ１とΔＴ２で示される点は、コンプレッサ回転数非修正領域にあれば、コンプレッサ１２８は要求発電量に応じた回転数で運転される。この間に配管内燃料電池直前部１２６ａの圧縮空気の温度はさらに上がる。これによりΔＴ１、ΔＴ２の値は小さくなっていく。
【００３８】
時刻ｔ４：
配管内燃料電池直前部１２６ａの圧縮空気の温度があがり、コンプレッサ１２８の運転制御マップ上のΔＴ１とΔＴ２で示される点が、コンプレッサ回転数修正領域に入った場合には、コンプレッサ１２８は要求発電量に応じた回転数より小さい回転数で運転される。その結果、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度は下がる。これによりΔＴ２は小さくなる。一方、配管内燃料電池直前部１２６ａの圧縮空気の温度の上昇速度は緩まる。
【００３９】
時刻ｔ５：
以後は、燃料電池制御部１４０はコンプレッサ１２８の運転制御マップ上のΔＴ１とΔＴ２で示される点について、コンプレッサ回転数非修正領域にある場合にはコンプレッサ１２８に対して現在の回転数を維持するように制御する。これにより配管内燃料電池直前部１２６ａの圧縮空気の温度が上がり、ΔＴ１、ΔＴ２の値が小さくなる。一方、コンプレッサ回転数修正領域にある場合にはコンプレッサ１２８を現在の回転数よりも小さい回転数で運転させるように制御する。これにより空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度が下がり、ΔＴ２の値が小さくなる。燃料電池制御部１４０はこれらの制御を交互に繰り返しながら燃料電池システム１０の発電出力を下げる。最終的には、燃料電池の発電出力は定常運転時限界発電量と一致し、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度と配管内燃料電池直前部１２６ａの圧縮空気の温度とは、燃料電池の限界温度と一致する。
【００４０】
図６を用いて、本実施例に係る燃料電池システムの配置について説明する。図６は本実施例に係る燃料電池システムの配置を模式的に示す説明図である。
【００４１】
燃料電池車２０は、車両中央部床下に燃料電池１００、燃料電池１００の後部に燃料ガスタンク１１０、車両前部に空気取入口１２０と、空気取入口１２０と燃料電池１００の間に空気圧縮部１２４と、空気圧縮部１２４と燃料電池１００の間に配管１２６を配置している。ここで、空気取入口１２０と空気圧縮部１２４との間の距離は、空気圧縮部１２４と燃料電池１００との距離よりも短い。図１の説明で説明した他の部品については、説明を省略する。
【００４２】
車両中央部床下に燃料電池１００および燃料ガスタンク１１０を配置することにより、燃料電池車２０の運動性能を高めることができる。車両前部に空気取入口１２０を配置する事により燃料電池車２０の走行中に空気が正面から当たるので、空気取入口１２０は空気を取り込み易い。
【００４３】
空気取入口１２０と空気圧縮部１２４との間の距離は、空気圧縮部１２４と燃料電池１００との距離よりも短くする事により、空気取入口１２０から空気圧縮部１２４への圧力損失を小さくできる。その結果、空気圧縮部１２４に供給される空気の圧力が大きくなるので、コンプレッサ１２８の回転数を小さくできるので、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を低く抑えることができる。
【００４４】
以上、本実施例によれば、要求発電量と、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度と、燃料電池１００に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度と、あらかじめ決められている燃料電池１００の限界温度とを用いてコンプレッサ１２８の回転数を決めるので、空気圧縮部から吐出される圧縮空気の温度が燃料電池１００の限界温度を超えていても、燃料電池１００に供給される直前における配管１２６内の圧縮空気の温度が燃料電池１００の限界温度を超えないように制御できる。その結果、従来の燃料電池システムでは使うことができなかった領域Ｄ（図４）の部分の発電能力を使うことができる。したがって、燃料電池１００の能力を十分に使うことができる。
【００４５】
本実施例によれば、燃料電池制御装置１４０は要求発電量と空気圧縮部１２４に供給される空気の温度および圧力とを用いて空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を予測する。したがって、前記燃料電池に供給される直前における前記配管内の圧縮空気の温度が高い場合であっても、燃料電池制御装置１４０は、実際に燃料電池１００に供給される空気の温度を、燃料電池１００の限界温度以下にするように制御できる。
【００４６】
本実施例によれば、燃料電池制御装置１４０は、コンプレッサ１２８の運転制御マップを用いてコンプレッサ１２８の回転数の制御を行うので、燃料電池１００に供給される空気の温度を、燃料電池１００の限界温度以下にするように容易に制御できる。
【００４７】
本実施例によれば、車両中央部床下に燃料電池１００を配置しているので、燃料電池車２０の運動性能を高めることができる。さらに、車両前部に空気取入口１２０を配置し、空気取入口１２０と空気圧縮部１２４との間の距離は、空気圧縮部１２４と燃料電池１００との距離よりも短くしているので、空気取入口１２０から空気圧縮部１２４への圧力損失を小さくできる。その結果、コンプレッサ１２８の回転数を小さくできるので、空気圧縮部１２４から吐出される圧縮空気の温度を低く抑えることができる。
【００４８】
変形例１：
本実施例では、空気圧縮部１２４に供給される空気の温度と圧力を測定しているが、図７に示すように大気温度と大気圧を測定するようにしてもよい。図７は変形例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、大気温度計１６０と大気圧計１６２を備えている。一般的に大気温度と大気圧は燃料電池以外の目的にも用いられる場合があるため、本変形例によれば、空気圧縮部１２４に供給される空気の温度と圧力を測定する温度計と圧力計を削減することができる。
【００４９】
変形例２：
本実施例では、空気取入口１２０を燃料電池車２０の前部に配置しているが、例えばトランクルーム内などの車両後部に配置してもよい。車両後部であっても空気の取入は可能である。
【００５０】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図。
【図２】燃料電池車の加速時における燃料電池の動作を示すフローチャート。
【図３】コンプレッサの運転制御マップを示すグラフ。
【図４】燃料電池車の加速時における時間と燃料電池の発電出力の関係を示すグラフ。
【図５】燃料電池車の加速時における時間と温度の関係を示すグラフ。
【図６】本実施例に係る燃料電池システムの配置を模式的に示す説明図。
【図７】変形例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池車
１００…燃料電池
１１０…燃料ガスタンク
１１２…レギュレータ
１２０…空気取入口
１２２…エアフィルター
１２４…空気圧縮部
１２６…配管
１２８…コンプレッサ
１３０…エアクーラー
１３２…モーター
１３４…温度計
１３６…圧力計
１３８…燃料電池入口温度計
１４０…燃料電池制御装置
１４２…アクセル
１５０…燃料ガス排気バルブ
１５２…空気排気バルブ
１６０…大気温度計
１６２…大気圧計
【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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