(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と当該電解質膜を挟持する電極を有する単電池を積層した積層体と、
前記積層体に生じる振動が前記積層体の共振領域内であるか否かを車両走行時に判断する共振判断部と、
前記共振判断部によって前記積層体の振動が共振領域内であると判断された際に、前記積層体の振動が共振領域から脱するように前記積層体の固有振動数を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記積層体における前記単電池の積層方向長さを変更する燃料電池システム。
【請求項２】
電解質膜と当該電解質膜を挟持する電極を有する単電池を積層した積層体と、
前記積層体に生じる振動が前記積層体の共振領域内であるか否かを車両走行時に判断する共振判断部と、
前記共振判断部によって前記積層体の振動が共振領域内であると判断された際に、前記積層体の振動が共振領域から脱するように前記積層体の固有振動数を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記積層体の温度を上昇又は低下させる燃料電池システム。
【請求項３】
電解質膜と当該電解質膜を挟持する電極を有する単電池を積層した積層体と、
前記積層体に生じる振動が前記積層体の共振領域内であるか否かを車両走行時に判断する共振判断部と、
前記共振判断部によって前記積層体の振動が共振領域内であると判断された際に、前記積層体の振動が共振領域から脱するように前記積層体の固有振動数を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記積層体における前記単電池の積層方向の締結荷重を上昇又は低下させる燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記積層体内に供給される流体の圧力を上昇又は低下させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記積層体内の液水含有量を増加又は減少させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記積層体に供給される流体の流量を増加することで、前記積層体内の液水含有量を減少させる請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記積層体における発電量を増加させることで前記積層体内の液水含有量を増加し、前記積層体における発電量を低下させることで前記積層体内の液水含有量を減少させる請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記積層体に供給される流体の圧力を低下することで、前記積層体内の液水含有量を減少させる請求項５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】
従来、例えば、車両の駆動用電源として用いられる積層体（燃料電池スタック）における単電池のいわゆるうねりや積層ずれを回避すべく、単電池を積層した積層体の共振周波数を高める提案がされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、積層体の変位方向にばね要素を組み付けることにより、積層体の共振周波数を高め、車両走行時に積層体の振動が共振周波数にならないようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、ハード構成により共振周波数を高める対応となるため、部品点数が増加し、ひいては、コスト高となることが考えられる。また、共振周波数を高めることにより、積層体の振動が共振周波数となる機会を減少できるとしても、部品の劣化や、初期の組み付け状態に起因して、積層体の振動が共振周波数となり易くなることも想定される。特許文献１では、部品の劣化等、積層体の状態の変化に対応して、その振動が共振周波数となることを回避することは困難であると考えられる。
【０００５】
そこで、本明細書開示の燃料電池システムは、部品点数の増加を抑制しつつ、燃料電池における積層体の共振現象を回避することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された燃料電池システムは、電解質膜と当該電解質膜を挟持する電極を有する単電池を積層した積層体と、車両走行時に前記積層体に生じる振動が前記積層体の共振領域内であるか否かを判断する共振判断部と、前記共振判断部によって前記積層体の振動が共振領域内であると判断された際に、前記積層体の振動が共振領域から脱するように前記積層体の固有振動数を変化させる制御部と、を有する。制御部により、積層体の固有振動数を変化させることにより、例えば、経年変化等により、燃料電池の状態が変化しても積層体の共振現象を回避することができる。
【０００７】
前記制御部は、前記積層体における前記単電池の積層方向長さを変更することにより前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。また、前記制御部は、前記積層体の温度を上昇又は低下させることにより前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。さらに、前記制御部は、前記積層体における前記単電池の積層方向の締結荷重を上昇又は低下させることにより前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。また、前記制御部は、前記積層体内に供給される流体の圧力を上昇又は低下させることにより前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。
【０００８】
前記制御部は、前記積層体内の液水含有量を増加又は減少させることにより前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。具体的に、前記制御部は、前記積層体に供給される流体の流量を増加することで、前記積層体内の液水含有量を減少させて前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。前記制御部は、前記積層体における発電量を増加させることで前記積層体内の液水含有量を増加し、前記積層体における発電量を低下させることで前記積層体内の液水含有量を減少させて前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。さらに、前記制御部は、前記積層体に供給される流体の圧力を低下することで、前記積層体内の液水含有量を減少させて前記積層体の固有振動数を変化させてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書開示の燃料電池システムによれば、部品点数の増加を抑制しつつ、積層体の共振現象を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は実施形態における積層体を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は第１実施例〜第２実施例における積層体の共振領域を示すグラフである。
【図４】図４は第１実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は第２実施例の積層体における単電池の積層状態を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は第２実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は第２実施例における締結ボルトのひずみと締結荷重との関係を示すグラフの一例である。
【図８】図８は他の実施例の積層体における単電池の積層状態を模式的に示す説明図である。
【図９】図９は第３実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は第４実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は第５実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は第６実施例の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、以下の説明に登場する要素が図１中に描かれていない場合がある。
【００１２】
まず、図１を参照しつつ、実施形態の燃料電池システム１について説明する。図１は実施形態の燃料電池システム１の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態における積層体３を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１は、車両に搭載され、主として、車両の駆動用電源として利用される。ただし、同様のシステムを船舶、飛行機、ロボットなどの各種移動体に搭載して利用することもできる。燃料電池システム１は、固体高分子形の燃料電池２を含む。燃料電池２は、電解質膜と、この電解質膜を挟持する電極、すなわち、カソード電極及びアノード電極を有する単電池３０を複数積層した積層体３を備える。積層体３内には、カソード流路３ａとアノード流路３ｂとが形成されている。電解質膜は、例えば、プロトン導電性の固体高分子電解質膜である。なお、図１において単電池３０の図示は省略されている。単電池３０には、アノード電極に水素ガス、すなわち、アノードガスが供給されると共に、カソード電極に酸素を含む空気、すなわち、カソードガスが供給される。そして、アノード電極における触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜を透過し、カソード電極まで移動して、酸素と電気化学反応を起こすことにより発電する。このような単電池３０が積層された積層体３には、発電した電気の電圧値を測定する電圧計Ｖと電流値を測定する電流計Ａが接続されている。また、積層体３内には、積層体３を冷却する冷却水が流通する冷却水流路３ｃが設けられている。冷却水流路３ｃを流通する冷却水は、積層体３を冷却する。
【００１３】
積層体３は、図２に示すように、積層された複数の単電池３０を含む。積層体３の単電池３０の積層方向長さは、Ｌｃである。積層された複数の単電池３０のうち、積層体３の中心部に位置する単電池３０には、加速度センサＡＳが設置されている。加速度センサＡＳが積層体３の中心部に位置する単電池３０上に設置されているのは、積層体３の中心部が最も振幅が大きくなることに着目し、積層体３の中心部に位置する単電池３０の挙動を観察するためである。加速度センサＡＳを設置することにより、積層体３の中心部に位置する単電池３０の加速度を把握することができ、積層体３がどのように振動しているかを解析することができる。このように振動解析可能な加速度センサＡＳは、共振判断部の一部として機能する。なお、加速度センサＡＳにより計測された加速度を一回時間積分すれば、速度となり、二回時間積分すれば、変位となるため、積層体３の振動を解析する際に、変位を用いた解析を行ってもよい。すなわち、変位に基づいて共振領域を設定してもよい。
【００１４】
積層体３の入口、より具体的には、積層体３のカソード流路３ａの入口３ａ１側には、カソードガス供給流路４が接続されている。カソードガス供給流路４の端部には、エアクリーナが装着されている。また、カソードガス供給流路４には、カソードガスを圧送し、積層体３にカソードガスを供給するコンプレッサＫが配置されている。カソードガス供給流路４のコンプレッサＫの上流側には、カソードガスとして供給される空気の流量を計測する流量計ＦＭが設置されている。
【００１５】
積層体３のカソード流路３ａの出口３ａ２側には、カソードオフガス排出流路６が接続されている。カソードオフガス排出流路６には、背圧弁Ｖ１が配置されている。背圧弁Ｖ１は、カソードガス供給流路４のコンプレッサＫよりも下流側、カソード流路３ａ及びカソードオフガス排出流路６の背圧弁Ｖ１よりも上流側の領域の圧力、すなわち、カソード背圧を調整する。カソードオフガス排出流路６には、背圧弁Ｖ１の下流側にマフラーが配置されている。背圧弁Ｖ１が開弁されると、空気及び水蒸気が排出される。カソード流路３ａの出口３ａ２と背圧弁Ｖ１との間には、第１圧力計Ｐ１が設置されている。第１圧力計Ｐ１は積層体３内の空気圧力を計測する。背圧弁Ｖ１が開弁されると第１圧力計Ｐ１により計測される空気圧力は低下する。
【００１６】
積層体３のアノード流路３ｂの入口３ｂ１側には、アノード供給流路９が接続されている。アノード供給流路９の端部には、水素供給源となる水素タンク１０が接続されている。水素タンク１０内には、高圧の水素が貯留されている。アノード供給流路９には、水素の圧力を調整する圧力調整弁Ｖ２が設置されている。積層体３のアノード流路３ｂの出口３ｂ２側には、排気管１３が接続されている。排気管１３の端部には、気液分離器が設置されている。そして、気液分離器において、排気管１３は、循環流路１４ａとパージ流路１４ｂとに分岐している。気液分離器では、アノードオフガスに含まれる水分が分離される。水分が分離された後のアノードオフガスは、循環流路１４ａ側に排出される。一方、分離された水分は、パージ流路１４ｂ側へ排出される。循環流路１４ａには、循環ポンプＰｕが設置されている。循環流路１４ａは、アノード供給流路９に接続されており、循環ポンプＰｕが稼働することにより、アノードオフガスを再度アノード流路３ｂに供給する。気液分離器において分岐したパージ流路１４ｂには、シャット弁Ｖ３が設置されている。シャット弁Ｖ３を開弁することにより、循環させないアノードオフガス、すなわち、水素を水蒸気とともに排出することができる。
アノード供給流路９には、循環流路１４ａとアノード流路３ｂの入口３ｂ１との間に、第２圧力計Ｐ２が設置されている。また、排気管１３には、アノード流路３ｂの出口３ｂ２と循環流路１４ａの分岐点との間には、第３圧力計Ｐ３が設置されている。
【００１７】
積層体３の冷却水流路３ｃの入口３ｃ１には、冷却水循環経路１７の一端が接続されている。また、冷却水流路３ｃの出口３ｃ２には、冷却水循環経路１７の他端が接続されている。冷却水循環経路１７には、冷却水を循環させ、冷却水を積層体３内に供給するウォータポンプＷＰが設置されている。また、冷却水循環経路１７には、ラジエータ１８が設置されている。ラジエータ１８は、ファンを備え、ファンが駆動されると、ラジエータ１８に向かって送風される。ラジエータ１８と冷却水流路３ｃの出口３ｃ２との間には、水温計Ｔと第４圧力計Ｐ４が設置されている。
【００１８】
燃料電池システム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１を備える。ＥＣＵ２１は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されており、制御部として機能する。ＥＣＵ２１は、電流電圧マップ等を格納している。このようなＥＣＵ２１は、燃料電池システム１の出力設定処理を行う。すなわち、ＥＣＵ２１は、通常運転時において、空気供給量や、カソード背圧、水素供給量、水素圧力、出力履歴、電圧、電流値マップ等から出力する電流値を設定する。
【００１９】
また、ＥＣＵ２１は、加速度センサＡＳと協働して共振判断部として機能する。ＥＣＵ２１には、コンプレッサＫ、流量計ＦＭ、背圧弁Ｖ１、圧力調整弁Ｖ２、シャット弁Ｖ３、第１圧力計Ｐ１、第２圧力計Ｐ２、第３圧力計Ｐ３、第４圧力計Ｐ４、循環ポンプＰｕ、ウォータポンプＷＰ及び水温計Ｔが電気的に接続されている。これらは、制御部として機能するＥＣＵ２１の指令を受けて、積層体３の状態を変化させ、積層体３の固有振動数を変化させるときに利用される。なお、ＥＣＵ２１には、燃料電池２と接続されたバッテリ２２が電気的に接続されており、ＥＣＵ２１は、バッテリ２２の充電状況を知ることができる。
【００２０】
以上、その概略構成を説明した燃料電池システム１は、通常時には、ＥＣＵ２１による制御に基づいて稼働し、要求された出力に応じて燃料電池２による発電が行われるように空気、水素の供給、排出等の制御が行われる。そして、燃料電池システム１では、加速度センサＡＳとＥＣＵ２１との協働によって、積層体３の振動が共振領域内であると判断された際に、積層体３の振動が共振領域から脱するように積層体３の固有振動数を変化させる。
【００２１】
ここで、積層体３の固有振動数を変化させる際の方針について説明する。まず、構造体一般における固有振動数ついて説明すると、固有振動数（共振点）は、下記の式１で表現することができる。
式１    ｆｎ＝（（ｋｎ）２／２π）√ＥＩ／ρＡＬｃ
ｆｎ：固有振動数（共振点）
ｋｎ：定数
Ｅ  ：縦弾性係数
Ｉ  ：断面２次モーメント
Ａ  ：断面積
ρ  ：密度
Ｌｃ：長さ
【００２２】
従って、構造物一般において、式１に含まれる各パラメータを変更することにより、固有振動数を変化させることができる。そして、式１を燃料電池システム１の積層体３に当て嵌めると、これらのパラメータのうち、長さＬｃ、縦弾性係数Ｅ及び密度ρを変更することが可能である。そこで、実施形態の燃料電池システム１では、これらのパラメータを変更することにより、積層体３の固有振動数を変化させる。積層体３の振動が共振領域に入っているときに、積層体３の固有振動数を変化させれば、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。なお、式１は、単純モデルで一般化された式であり、一方、実際の積層体３は、多数の部品が複雑に一体化した構造体である。このため、式１に実際の積層体３を当て嵌めると、パラメータ相互に影響を及ぼすことがあり、一義的に固有振動数を算出することは困難である。ただし、本実施形態では、正確な固有振動数を算出する必要はなく、いずれかのパラメータを変更することによって積層体３の固有振動数を変化させ、積層体３の振動が共振領域から脱することができればよい。以下、各実施例において、種々のパラメータを変化させる制御につき、説明する。第１実施例及び第２実施例は、変化させるパラメータを長さＬｃとする例であり、第３実施例は、変化させるパラメータを縦弾性係数Ｅとする例である。そして、第４実施例〜第６実施例は、変化させるパラメータを密度ρとする例である。なお、積層体３に式１を当て嵌めるとき、長さＬｃは、図２に示すように、単電池３０の積層方向長さとなる。また、断面は、積層方向と直交する面となる。
【００２３】
以下に説明する各実施例では、それぞれの制御の内容が相違しており、燃料電池システム１の構成自体は、基本的に図１に示す燃料電池システム１を共通して使用している。燃料電池システム１の制御は、ＥＣＵ２１が主体的に行う。
【００２４】
（第１実施例）
第１実施例及び第２実施例は、ともに、積層体３の長さＬｃを変更することによって積層体３の固有振動数を変化させる。図３を参照すると、加速度センサＡＳによって検出される加速度は、ある周波数において急激に立ち上がっている。加速度は、振幅を示す値と捉えることができることから、加速度が最も高くなった周波数が共振点であると判断することができる。図３において明らかなように、加速度は、ある周波数領域において、急激に上昇し、共振点を超えると、急激に低下する。そこで、共振点の前後の領域を共振領域に設定し、この共振領域に入っているときは、積層体３が共振状態であると判断する。なお、共振領域は、一義的に決まるものではなく、任意に設定することができる。積層体３の長さＬｃが長くなると固有振動数は小さくなり、積層体３の長さＬｃが短くなると、固有振動数は大きくなる。従って、積層体３の長さＬｃを長くしても、短くしても、共振領域から脱することができる。
【００２５】
まず、第１実施例について、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。第１実施例において、ＥＣＵ２１は、積層体３の温度を上昇又は低下させることで、積層体３の長さＬｃを変更し、固有振動数を変化させる。すなわち、温度に基づく積層体３の長さ変化を利用して固有振動数を変化させる。このように、第１実施例では、積層体３の温度を変更するが、具体的には、積層体３の温度と相関性を有する冷却水温度Ｔｗを制御し、これにより、積層体３の温度を変更している。第１実施例の制御は、イグニションがＯＮにされる等、燃料電池システム１の稼働開始とともに実施される。この点は、他の実施例においても共通する。まず、ステップＳ１では、通常運転を行う。すなわち、燃料電池２に対する発電要求に応じた運転を実施する。そして、ステップＳ１に引き続いて行われるステップＳ２において、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。具体的に、加速度センサＡＳによって計測された加速度が共振領域内に入っているか否かを判断する。ステップＳ２でＮＯと判断したときは、ステップＳ１へ戻り、通常運転を継続する。一方、ステップＳ２でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ３へ進む。
【００２６】
ステップＳ３では、水温計Ｔによって測定された冷却水温度Ｔｗが基準値Ｔｗ１よりも高いか否かを判断する。ここで、冷却水温度の基準値Ｔｗ１は、燃料電池２が稼働しているときに取り得る値の中で任意に設定された値であり、冷却水温度Ｔｗの下限値Ｔｗ２と冷却水温度Ｔｗの上限値Ｔｗ３との間の値である。冷却水温度Ｔｗは、下限値Ｔｗ２と上限値Ｔｗ３との間に収まってさえすれば、原則として上昇させることもできるし、低下させることもできる。そこで、第１実施例では、冷却水温度Ｔｗが基準値Ｔｗ１よりも高い状態のときには、冷却水温度Ｔｗを低下させ、冷却水温度Ｔｗが基準値Ｔｗ１よりも低い状態のときには、冷却水温度Ｔｗを上昇させる。これにより、積層体３は共振領域から脱する。
【００２７】
ステップＳ３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、冷却水温度低下制御を行う。具体的に、ウォータポンプＷＰの回転数を上昇させ、冷却水の流量を増量し、熱の持ち去り量を増す等の制御を行う。これにより、積層体３の温度を低下させ、これに伴い、積層体３の長さＬｃを短縮する。ステップＳ４に引き続き行われるステップＳ５では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ５においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、冷却水温度Ｔｗが下限値Ｔｗ２よりも高いか否かを判断する。ここで、下限値Ｔｗ２は、積層体３内の含水量に着目して設定することができる。すなわち、冷却水温度Ｔｗが低くなり過ぎ、ひいては、積層体３の温度が低くなり過ぎると、積層体３内の水分を排出することが困難となり、積層体３内の含水量が多くなり過ぎる。そこで、かかる観点により、下限値Ｔｗ２が設定されている。ステップＳ６でＹＥＳと判断したとき、すなわち、冷却水温度Ｔｗが下限値Ｔｗ２よりも高く、冷却水温度Ｔｗをさらに低下させる余地があるときは、ステップＳ４へ戻り、冷却水温度Ｔｗの低下制御を継続する。一方、ステップＳ６でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００２８】
ステップＳ３でＮＯと判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、冷却水温度上昇制御を行う。具体的に、ウォータポンプＷＰの回転数を低下させ、冷却水の流量を減量する等の制御を行う。これにより、積層体３の温度を上昇させ、これに伴い、積層体３の長さＬｃを延長する。ステップＳ７に引き続き行われるステップＳ８では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ８においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ８でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、冷却水温度Ｔｗが上限値Ｔｗ３よりも低いか否かを判断する。ここで、上限値Ｔｗ３は、積層体３内の含水量に着目して設定することができる。すなわち、冷却水温度Ｔｗが高くなり過ぎ、ひいては、積層体３の温度が高くなり過ぎると、積層体３内がいわゆるドライ状態となり、積層体における発電反応が起こりにくくなる。そこで、かかる観点により、上限値Ｔｗ３が設定されている。ステップＳ９でＹＥＳと判断したとき、すなわち、冷却水温度Ｔｗが上限値Ｔｗ３よりも低く、冷却水温度Ｔｗをさらに上昇させる余地があるときは、ステップＳ７へ戻り、冷却水温度Ｔｗの上昇制御を継続する。一方、ステップＳ９でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００２９】
以上説明したように、積層体３の温度が上昇又は低下し、積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００３０】
（第２実施例）
つぎに、図５乃至図７を参照しつつ、第２実施例について説明する。第２実施例も第１実施例と同様に、積層体３の長さＬｃを変更することによって積層体３の固有振動数を変化させる。ただし、第２実施形態は、機械的に積層体３の長さＬｃを変更する点で第１実施形態と異なる。また、第２実施形態は、機械的に積層体３の長さを変更するための機構を備える点で、他の実施例と異なる。具体的に、第１実施形態では、図５に示すように、積層体３の締結荷重Ｆを変更可能なアクチュエータ８ａを備える。ここで、このアクチュエータ８ａについて説明する。燃料電池２は、積層体３の両側にエンドプレート７を備える。一方のエンドプレート７には、ナット７ａが固着されており、このナット７ａには、ボルト８が螺合している。アクチュエータ８ａは、ＥＣＵ２１と電気的に接続されており、ＥＣＵ２１の指令に基づいてボルト８を回転させる。ボルト８が回転することにより、単電池３０の積層方向の締結荷重Ｆが変更され、これに伴って積層体３の長さＬｃが変化する。ボルト８には、ひずみゲージ８ｂが設置されており、このひずみゲージ８ｂの計測値に基づいて締結荷重Ｆを計測することができる。
【００３１】
このような機構を備える第２実施例につき、図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。ステップＳ１１及びステップＳ１２は、第１実施例のステップＳ１とステップＳ２と共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
ステップＳ１２においてＹＥＳと判断したときに行われるステップＳ１３では、締結荷重Ｆが基準値Ｆ１よりも高いか否かを判断する。ここで、締結荷重の基準値Ｆ１は、単電池３０を積層して挟持するときの標準的な締結荷重であり、締結荷重Ｆの下限値Ｆ２と締結荷重Ｆの上限値Ｆ３の間の値である。締結荷重Ｆは、下限値Ｆ２と上限値Ｆ３との間に収まってさえすれば、上昇させてもよいし、減少させてもよい。そこで、本実施形態では、締結荷重Ｆが基準値Ｆ１よりも高い状態のときには、締結荷重Ｆを減少させ、締結荷重Ｆが基準値Ｆ１よりも低い状態のときには、締結荷重Ｆを増大させている。これにより、共振領域から脱する。なお、締結荷重Ｆは、図７に示すようにひずみゲージ８ｂにより測定されたひずみの値との関係によって取得することができる。ステップＳ１３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、締結荷重低下制御を行う。具体的に、アクチュエータ８ａを駆動して、ボルト８の締め付けを緩める制御を行う。これにより、積層体３の長さＬｃを延長する。ステップＳ１４に引き続き行われるステップＳ１５では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ１５においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ１５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、締結荷重Ｆが下限値Ｆ２よりも高いか否かを判断する。ここで、下限値Ｆ２は、積層体３内の単電池３０が脱落することがない値として設定することができる。ステップＳ１６でＹＥＳと判断したとき、すなわち、締結荷重Ｆが下限値Ｆ２よりも高く、締結荷重Ｆをさらに低下させる余地があるときは、ステップＳ１４へ戻り、締結荷重Ｆの低下制御を継続する。一方、ステップＳ１６でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００３３】
ステップＳ１３でＮＯと判断したときは、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、締結荷重上昇制御を行う。具体的に、アクチュエータ８ａを駆動して、ボルト８の締め付けを増す制御を行う。これにより、積層体３の長さＬｃを短縮する。これにより、積層体３の長さＬｃを短縮する。ステップＳ１７に引き続き行われるステップＳ１８では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ１８においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ１８でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９では、締結荷重Ｆが上限値Ｆ３よりも低いか否かを判断する。ここで、上限値Ｆ３は、積層体３の強度、単電池３０の強度の観点から設定することができる。すなわち、積層体３、単電池３０が破壊されない範囲として上限値Ｆ３を設定することができる。ステップＳ１９でＹＥＳと判断したとき、すなわち、締結荷重Ｆが上限値Ｆ３よりも低く、締結荷重Ｆをさらに上昇させる余地があるときは、ステップＳ１７へ戻り、締結荷重Ｆの上昇制御を継続する。一方、ステップＳ１９でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００３４】
以上説明したように、積層体３における単電池３０の積層方向の締結荷重Ｆを上昇又は低下させ、積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００３５】
なお、第２実施例では、締結荷重Ｆを変更する手段としてアクチュエータ８ａを用いたが、例えば、図８に示すように、エアアクチュエータ１６を用いてもよい。すなわち、エアアクチュエータ１６を稼働させ、エア圧によってエンドプレート７間の距離、すなわち、積層体３の長さＬｃを変更するようにしてもよい。この場合、例えば、一般的なボルト１１を用いてエンドプレート７を締結し、両エンドプレート７間にプレート１５を配置する。そして、プレート１５に設置したひずみゲージ１５ａにより、プレート１５のひずみを測定、この測定値から締結荷重Ｆを求めるようにすることができる。そして、求められた締結荷重Ｆに応じて締結荷重Ｆを変更し、積層体３の長さＬｃを変更する。この結果、積層体３の固有振動数を変化させることができる。なお、エアアクチュエータ１６に代えて油圧アクチュエータを用いてもよい。
【００３６】
（第３実施例）
第３実施例は、積層体３の縦弾性係数Ｅを変更することによって積層体３の固有振動数を変化させる。図３を参照して説明したように、加速度は、ある周波数領域において、急激に上昇し、共振点を超えると、急激に低下する。そこで、第１実施例及び第２実施例では、積層体長さを変化させることによって共振領域から脱していた。これに対し、第３実施例では、積層体３の縦弾性係数Ｅを変化させることによって共振領域から脱する。ここで、積層体３の縦弾性係数Ｅが大きくなると、固有振動数は大きくなり、積層体３の縦弾性係数Ｅが小さくなると固有振動数は、小さくなる。従って、積層体３の縦弾性係数Ｅを大きくしても、小さくしても、共振領域から脱することができる。
【００３７】
第３実施例について、図９に示すフローチャートを参照しつつ説明する。第３実施例において、ＥＣＵ２１は、積層体３内に供給される流体、具体的に水素の圧力を上昇又は低下させることで、積層体３の縦弾性係数Ｅを変更し、固有振動数を変化させる。ステップＳ２１及びステップＳ２２は、第１実施例のステップＳ１とステップＳ２と共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
ステップＳ２２においてＹＥＳと判断したときに行われるステップＳ２３では、第２圧力計Ｐ２によって測定された水素の圧力Ｐｈが基準値Ｐｈ１よりも低いか否かを判断する。ここで、水素の圧力Ｐｈの基準値Ｐｈ１は、燃料電池２が稼働しているときに取り得る値の中で任意に設定された値であり、水素の圧力Ｐｈの下限値Ｐｈ２と水素の圧力Ｐｈの上限値Ｐｈ３との間の値である。水素の圧力Ｐｈは、下限値Ｐｈ２と上限値Ｐｈ３との間で、上昇させることもできるし、低下させることもできる。そこで、第３実施例では、水素の圧力Ｐｈが基準値Ｐｈ１よりも高い状態のときには、水素の圧力Ｐｈを低下させ、水素の圧力Ｐｈが基準値Ｐｈ１よりも低い状態のときには、水素の圧力Ｐｈを上昇させる。これにより、積層体３は共振領域から脱する。
【００３９】
ステップＳ２３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、水素圧力上昇制御を行う。具体的に、圧力調整弁Ｖ２の開度を大きくしたり、循環ポンプＰｕの回転数を上昇させたりしてアノード流路３ｂに供給される水素の圧力Ｐｈを上昇する制御を行う。これにより、アノード流路３ｂ内の圧力が高まる。この結果、積層体３の縦弾性係数Ｅが大きくなる。ステップＳ２４に引き続き行われるステップＳ２５では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ２５においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ２５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６では、水素の圧力Ｐｈが上限値Ｐｈ３よりも低いか否かを判断する。ここで、上限値Ｐｈ３は、単電池３０が備える電解質膜の耐圧性能に着目して設定することができる。すなわち、水素の圧力Ｐｈが高くなり過ぎると、電解質膜が破損したり、クロスリークが生じたりする。そこで、かかる観点により、上限値Ｐｈ３が設定されている。ステップＳ２６でＹＥＳと判断したとき、すなわち、水素の圧力Ｐｈが上限値Ｐｈ３よりも低く、水素の圧力Ｐｈをさらに上昇させる余地があるときは、ステップＳ２４へ戻り、水素の圧力Ｐｈの上昇制御を継続する。一方、ステップＳ２６でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００４０】
ステップＳ２３でＮＯと判断したときは、ステップＳ２７へ進む。ステップＳ２７では、水素圧力低下制御を行う。具体的に、圧力調整弁Ｖ２の開度を小さくしたり、循環ポンプＰｕの回転数を低下させたりしてアノード流路３ｂに供給される水素の圧力Ｐｈを低下させる制御を行う。これにより、アノード流路３ｂ内の圧力が低下する。この結果、積層体３の縦弾性係数Ｅが小さくなる。ステップＳ２７に引き続き行われるステップＳ２８では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ２８においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ２８でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９では、水素の圧力Ｐｈが下限値Ｐｈ２よりも高いか否かを判断する。ここで、下限値Ｐｈ２は、水素が単電池３０の隅々まで到達できるか否かに着目して設定することができる。すなわち、水素の圧力Ｐｈが低くなり過ぎると、単電池３０内に水素が到達することができなくなり、単電池３０が劣化する可能性がある。そこで、かかる観点により、下限値Ｐｈ２が設定されている。ステップＳ２９でＹＥＳと判断したとき、すなわち、水素の圧力Ｐｈが下限値Ｐｈ２よりも高く、水素の圧力Ｐｈをさらに低下させる余地があるときは、ステップＳ２７へ戻り、水素の圧力Ｐｈの低下制御を継続する。一方、ステップＳ２９でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００４１】
以上説明したように、積層体３内に供給される水素の圧力Ｐｈが上昇又は低下し、積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００４２】
なお、燃料電池システム１において、積層体３内に供給される流体は、水素以外に、空気と冷却水がある。そこで、これらの流体の圧力を上昇又は低下させることで、水素の圧力を上昇又は低下させた場合と同様の効果を得ることができる。制御対象を水素の圧力から空気の圧力に変更した場合、その制御は、基本的に、図９に示すフローチャートにおいて、水素の圧力を空気の圧力に置き換え、同様の制御を行えばよい。具体的に、ステップＳ２３に相当する判断ステップでは、第１圧力計Ｐ１によって測定された空気の圧力Ｐａが基準値Ｐａ１よりも低いか否かを判断する。ここで、空気の圧力Ｐａの基準値Ｐａ１は、燃料電池２が稼働しているときに取り得る値の中で任意に設定された値であり、空気の圧力Ｐａの下限値Ｐａ２と空気の圧力Ｐａの上限値Ｐａ３との間の値である。空気の圧力Ｐａは、下限値Ｐａ２と上限値Ｐａ３との間で、上昇させることもできるし、低下させることもできる。そこで、空気の圧力Ｐａが基準値Ｐａ１よりも高い状態のときには、空気の圧力Ｐａを低下させ、空気の圧力Ｐａが基準値Ｐａ１よりも低い状態のときには、空気の圧力Ｐａを上昇させる。これにより、積層体３は共振領域から脱する。
【００４３】
ステップＳ２４に相当する空気圧力上昇制御や、ステップＳ２７に相当する空気圧力低下制御では、コンプレッサＫの回転数を制御したり、背圧弁Ｖ１の開度を調整したりして、カソード流路３ａに供給される空気の圧力Ｐａを制御する。この結果、積層体３の縦弾性係数Ｅが変化する。
【００４４】
なお、制御対象を空気の圧力とした場合、上限値Ｐａ３は、単電池３０が備える電解質膜の耐圧性能に着目して設定することができる。すなわち、空気の圧力Ｐａが高くなり過ぎると、電解質膜が破損したり、クロスリークが生じたりする。そこで、かかる観点により、上限値Ｐａ３が設定されている。また、下限値Ｐａ２は、空気が単電池３０の隅々まで到達できるか否かに着目して設定することができる。すなわち、空気の圧力Ｐａが低くなり過ぎると、単電池３０内に空気が到達することができなくなり、単電池３０が劣化する可能性がある。そこで、かかる観点により、下限値Ｐａ２が設定されている。
【００４５】
以上説明したように、積層体３内に供給される空気の圧力Ｐａが上昇又は低下し、積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００４６】
また、制御対象を水素の圧力から冷却水の圧力に変更した場合、その制御は、基本的に、図９に示すフローチャートにおいて、水素の圧力を冷却水の圧力に置き換え、同様の制御を行えばよい。具体的に、ステップＳ２３に相当する判断ステップでは、第４圧力計Ｐ４によって測定された冷却水の圧力Ｐｗが基準値Ｐｗ１よりも低いか否かを判断する。ここで、冷却水の圧力Ｐｗの基準値Ｐｗ１は、燃料電池２が稼働しているときに取り得る値の中で任意に設定された値であり、冷却水の圧力Ｐｗの下限値Ｐｗ２と冷却水の圧力Ｐｗの上限値Ｐｗ３との間の値である。冷却水の圧力Ｐｗは、下限値Ｐｗ２と上限値Ｐｗ３との間で、上昇させることもできるし、低下させることもできる。そこで、冷却水の圧力Ｐｗが基準値Ｐｗ１よりも高い状態のときには、冷却水の圧力Ｐｗを低下させ、冷却水の圧力Ｐｗが基準値Ｐｗ１よりも低い状態のときには、冷却水の圧力Ｐｗを上昇させる。これにより、積層体３は共振領域から脱する。
【００４７】
ステップＳ２４に相当する冷却水圧力上昇制御や、ステップＳ２７に相当する冷却水圧力低下制御では、ウォータポンプＷＰの回転数を調整して、冷却水流路３ｃに供給される冷却水の圧力Ｐｗを制御する。この結果、積層体３の縦弾性係数Ｅが変化する。
【００４８】
なお、制御対象を冷却水の圧力とした場合、上限値Ｐｗ３は、冷却水循環経路１７を形成する配管の耐圧性能を着目して設定することができる。すなわち、冷却水の圧力Ｐｗが高くなり過ぎると、冷却水循環経路１７を形成する配管が破損する。そこで、かかる観点により、上限値Ｐｗ３が設定されている。また、下限値Ｐｗ２は、冷却水が冷却水循環経路１７を循環することができるか否かに着目して設定することができる。すなわち、冷却水の圧力Ｐｗが低くなり過ぎると、冷却水が冷却水循環経路１７を循環できなくなり、ひいては、積層体３が適切に冷却されない可能性がある。そこで、かかる観点により、下限値Ｐｗ２が設定されている。
【００４９】
以上説明したように、積層体３内に供給される冷却水の圧力Ｐｗが上昇又は低下し、積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００５０】
（第４実施例）
第４実施例は、積層体３の密度ρを変更することによって積層体３の固有振動数を変化させる。図３を参照して説明したように、加速度は、ある周波数領域において、急激に上昇し、共振点を超えると、急激に低下する。そこで、第１実施例及び第２実施例では、積層体長さを変化させることによって共振領域から脱していた。これに対し、第４実施例では、積層体３の密度ρを変化させることによって共振領域から脱する。ここで、積層体３の密度ρが大きくなると、固有振動数は小さくなり、積層体３の密度ρが小さくなると、固有振動数は大きくなる。従って、積層体３の密度ρを大きくしても、小さくしても、共振領域から脱することができる。
【００５１】
第４実施例について、図１０に示すフローチャートを参照しつつ説明する。第４実施例において、ＥＣＵ２１は、積層体３内の液水含有量を増加させることで、積層体３の密度ρを変更し、固有振動数を変化させる。ステップＳ５１及びステップＳ５２は、第１実施例のステップＳ１とステップＳ２と共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ５２においてＹＥＳと判断したときに行われるステップＳ５３では、空気流量増量制御を行う。具体的に、コンプレッサＫの回転数を上昇させて空気の流量を増量する。積層体３内には、発電反応によって生成される液水が貯領することがある。そこで、空気流量を増量することで、液水の排水効率を向上させて積層体３内の液水含有量を減少させる。この結果、積層体３の密度ρが小さくなる。ステップＳ５３に引き続き行われるステップＳ５４では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ５４においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ５４でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ５５へ進む。ステップＳ５５では、第１圧力計Ｐ１により測定された空気圧力Ｐａが閾値Ｐａ４よりも大きいか否か、又は、流量計ＦＭによって計測された空気流量Ｌａが閾値Ｌａ１よりも小さいか否かを判断する。ここで、閾値Ｐａ４は、空気流量が増量されると空気の圧力Ｐａが上昇することに鑑み、空気の圧力Ｐａが上昇し過ぎるとクロスリークが生じる可能性があることを考慮して設定されている。すなわち、閾値Ｐａ４は、クロスリークを回避することができる値に設定されている。また、閾値Ｌａ１は、コンプレッサＫの駆動ロスと、例えば高温のときに電解質膜がドライ状態とならないことを考慮して設定されている。ステップＳ５５では、空気圧力Ｐａに関する条件、空気流量Ｌａに関する条件のいずれかが満たされたときに、ＹＥＳと判断する。ステップＳ５５でＮＯと判断したとき、すなわち、空気流量Ｌａを増量する余地があるときは、ステップＳ５３へ戻り、空気流量Ｌａの上昇制御を継続する。一方、ステップＳ５５でＹＥＳと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００５３】
以上説明したように、積層体３に供給される空気の流量が増加し、積層体３内の液水含有量が減少することで積層体３の固有振動数が変化することにより、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００５４】
なお、第４実施例では、積層体３に供給される流体として空気の流量を増加させているが、水素の流量を増加させる対応としてもよい。
【００５５】
また、積層体３内の液水含有量を減少させるために、ステップＳ５３における空気量増量制御に代えて、空気圧力低下制御を行うようにしてもよい。具体的に、背圧弁Ｖ１の開度を大きくして空気の圧力Ｐａを低下する。積層体３内には、発電反応によって生成される液水が貯領することがある。そこで、空気の圧力Ｐａを低下することで、体積流量を大きくし、液水の持ち去り効率を向上させて積層体３内の液水含有量を減少させる。この結果、積層体３の密度ρが小さくなる。なお、空気圧力低下制御として、コンプレッサＫの回転数を低減してもよいし、これを背圧弁Ｖ１の開度制御と併用してもよい。空気圧力低下制御を行う場合、ステップＳ５５における判断処理に代えて、第１圧力計Ｐ１により測定された空気圧力Ｐａが閾値Ｐａ５よりも大きいか否かを判断する。ここで、閾値Ｐａ５は、空気が単電池３０の隅々まで到達できるか否かに着目して設定することができる。すなわち、空気の圧力Ｐａが低くなり過ぎると、単電池３０内に空気が到達することができなくなり、単電池３０が劣化する可能性がある。そこで、かかる観点により、閾値Ｐａ５が設定する。
【００５６】
このように、積層体３に供給される空気の圧力Ｐａを低下させて液水の持ち去り量を増加させ、積層体３内の液水含有量を減少させることで積層体３の固有振動数を変化させることで、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。なお、ここでは、積層体３に供給される流体として空気に着目し、その圧力を低下させているが、水素の圧力を低下させる対応としてもよい。
【００５７】
（第５実施例）
つぎに、第５実施例について、図１１に示すフローチャートを参照しつつ説明する。第５実施例も第４実施例と同様に、積層体３内の液水含有量を減少させることで、積層体３の密度ρを変更し、固有振動数を変化させる。ステップＳ７１及びステップＳ７２は、第１実施例のステップＳ１とステップＳ２と共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
ステップＳ７２においてＹＥＳと判断したときに行われるステップＳ７３では、空気圧力低下及び上昇の繰り返し制御を行う。具体的に、背圧弁Ｖ１の開度を大きくして空気の圧力Ｐａを低下し、また、背圧弁Ｖ１の開度を小さくして空気の圧力Ｐａを上昇する制御を複数回繰り返す。第５実施例では、この繰り返し回数を５回としている。積層体３内には、発電反応によって生成される液水が貯領することがある。そこで、空気の圧力Ｐａの低下及び上昇を複数回繰り返すことにより、液水の排水効率を向上させる。この結果、積層体３の密度ρが小さくなる。なお、空気圧力低下制御として、コンプレッサＫの回転数を低減してもよいし、これを背圧弁Ｖ１の開弁と併用してもよい。また、空気圧力上昇制御として、コンプレッサＫの回転数を増加してもよいし、これを背圧弁Ｖ１の開度制御と併用してもよい。ステップＳ７３に引き続き行われるステップＳ７４では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ７４においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ７４でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ７５へ進む。ステップＳ７５では、空気圧力低下及び上昇の繰り返し制御、すなわち、ステップＳ７３の処理をＮ回行ったか否かを判断する。ここで、Ｎは任意の整数である。ステップＳ７５でＮＯと判断したときは、ステップＳ７３へ戻り、空気圧力低下及び上昇の繰り返し制御を継続する。一方、ステップＳ７５でＹｅｓと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００５９】
以上説明したように、積層体３に供給される空気の圧力Ｐａの低下及び上昇を繰り返して、積層体３内の液水含有量が減少することで積層体３の固有振動数が変化し、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００６０】
なお、第５実施例では、積層体３に供給される流体として空気の圧力を低下及び上昇させているが、水素の圧力を低下及び上昇させる対応としてもよい。
【００６１】
（第６実施例）
つぎに、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、第６実施例について説明する。第６実施例は、積層体３内の液水含有量を増加又は減少させることで、積層体３の密度ρを変更し、固有振動数を変化させる。第６実施例におけるＥＣＵ２１は、積層体３における発電量を増加させることで積層体３内の液水含有量を増加する。また、ＥＣＵ２１は、積層体３における発電量を低下させることで積層体３内の液水含有量を減少させる。ステップＳ８１及びステップＳ８２は、第１実施例のステップＳ１とステップＳ２と共通であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
ステップＳ８２においてＹＥＳと判断したときに行われるステップＳ８３では、バッテリ２２の充電余地があるか否かを判断する。すなわち、バッテリ２２の要領に対し、どの程度充電されているか否かを判断し、これによって充電余地の有無を判断する。ここで、バッテリ２２の充電余地を判断するのは、充電余地があれば、燃料電池２の発電量を増加させても、その発電分を充電することができるからである。また、充電余地がない場合は、すなわち、バッテリ２２はほぼフル充電状態であることから、燃料電池２の発電量を低下させても、バッテリ２２から電力供給できるからである。このように、バッテリ２２の充電余地の有無に基づいて、燃料電池２の発電量を増加することもできるし、低下することもできる。燃料電池２の発電量が変われば、これに伴って生成される液水の量が変化する。この結果、積層体３の密度ρが変化し、積層体３は共振領域から脱する。
【００６３】
ステップＳ８３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８４へ進む。ステップＳ８４では、発電量増加及びバッテリ充電制御を行う。具体的に、燃料電池２の発電量を増加させ、生成される液水の量を増加させる。これにより、積層体３内の液水含有量が増加し、積層体３の密度ρが大きくなる。発電された余剰の電力は、バッテリ２２に充電する。ステップＳ８４に引き続き行われるステップＳ８５では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ８５においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ８５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８６へ進む。ステップＳ８６では、バッテリ２２が充電限界となっているか否かを判断する。ステップＳ８６でＮＯと判断したとき、すなわち、バッテリ２２に充電する余地があり、燃料電池２の発電量をさらに増加させる余地があるときは、ステップＳ８４へ戻り、発電量増加、バッテリ充電制御を継続する。一方、ステップＳ８６でＹＥＳと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００６４】
ステップＳ８３でＮＯと判断したときは、ステップＳ８７へ進む。ステップＳ８７では、発電量低下及びバッテリ放電制御を行う。具体的に、燃料電池２の発電量を低下させ、生成される液水の量を減少させる。これにより、積層体３内の液水含有量が減少し、積層体３の密度ρが小さくなる。不足する電力は、バッテリ２２の放電によって賄う。ステップＳ８７に引き続き行われるステップＳ８８では、再び、積層体３の振動が共振領域内であるか否かを判断する。ステップＳ８８においてＮＯと判断したとき、すなわち、積層体３の固有振動数が共振領域から脱することができたときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ８８でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８９へ進む。ステップＳ８９では、バッテリ２２が放電限界となっているか否かを判断する。ステップＳ８９でＮＯと判断したとき、すなわち、バッテリ２２に放電する余地があり、燃料電池２の発電量をさらに低下させる余地があるときは、ステップＳ８７へ戻り、発電量低下、バッテリ放電制御を継続する。一方、ステップＳ８９でＹＥＳと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００６５】
以上説明したように、積層体３における発電量を増加させることで積層体３内の液水含有量を増加し、積層体３における発電量を低下させることで積層体３内の液水含有量を減少させることで積層体３の固有振動数が変化する。この結果、積層体３の振動は共振領域から脱することができる。このように、積層体３は、共振現象を回避することができる。
【００６６】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。本明細書記載の実施形態では、加速度センサＡＳを燃料電池２の積層体３上に設置し、車両走行時に積層体３の振動が共振領域に入っているか否かを判断している。そして、その判断に基づいて種々の対策を講じている。これに対し、例えば、車両点検時に積層体３の固有振動数が共振領域に入っているか否かを判断し、その判断に基づいて、燃料電池２の制御プログラムを補正する等の対策を採るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  積層体
２１  ＥＣＵ
２２  バッテリ
３０  単電池
Ｋ  コンプレッサ
ＦＭ  流量計
Ｖ１  背圧弁
Ｖ２  圧力調整弁
Ｐ１  第１圧力計
Ｐ２  第２圧力計
Ｐ３  第３圧力計
Ｐ４  第４圧力計
Ｐｕ  循環ポンプ
ＷＰ  ウォータポンプ
Ｔ  水温計
【図１】
0006299585.tif 000002
【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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【図１２】
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