(57)【要約】      （修正有）【課題】排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスにより希釈し、フィードバック制御を行うように構成した燃料電池システムにおいて、フィードバックの遅れに伴い排気酸素含有ガスの圧力が低下している時間帯に、調圧弁が排気酸素含有ガスの圧力を低下させるように制御されて燃料電池内の酸素圧が低下し、その一部分にストレスがかかる不具合の発生を防止する。【解決手段】排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとを混合する希釈器と、排出制御弁Ｂ１を通過した排気水素含有ガスの排出路と、排気酸素含有ガス排出路と、燃料電池内の酸素含有ガスの調圧弁Ｂ２と、希釈用空気供給路と、排気酸素含有ガスの圧力をほぼ一定に調整すべく調圧弁の開度をフィードバック制御する機能を有する制御手段と備えるものにおいて、排出制御弁Ｂ１の開成時点から第一の所定時間ｔａは調圧弁のフィードバック制御を禁止する制御を行う。【選択図】図４
2005011653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して発電させ、燃料電池から排出される排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスで希釈するようにしてなる燃料電池システムであって、
排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとを混合する希釈器と、排気水素含有ガスの排出を制御する排出制御弁を通過した排気水素含有ガスを希釈器に案内する排気水素含有ガス排出路と、排気酸素含有ガスを大気中に排出する排気酸素含有ガス排出路と、前記排気酸素含有ガス排出路に設けられ燃料電池内の酸素含有ガスの圧力を調整する調圧弁と、排気酸素含有ガス排出路の前記調圧弁よりも上流から分岐して設けられ希釈器に連通する希釈用ガス供給路と、排出制御弁を所定周期で開閉するとともに排気酸素含有ガスの圧力をほぼ一定に調整すべく調圧弁の開度をフィードバック制御する機能を有する制御手段とを備えているとともに、
前記制御手段が、さらに排出制御弁の開成時点から第一の所定時間は調圧弁のフィードバック制御を禁止する機能を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
制御手段が、フィードバック制御を禁止する間に排出制御弁の開成時点から第二の所定時間後に調圧弁を開方向に制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池に水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して発電させ、燃料電池から排出される排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスで希釈するようにしてなる燃料電池システムであって、
排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとを混合する希釈器と、排気水素含有ガスの排出を制御する排出制御弁を通過した排気水素含有ガスを希釈器に案内する排気水素含有ガス排出路と、排気酸素含有ガスを大気中に排出する排気酸素含有ガス排出路と、前記排気酸素含有ガス排出路に設けられ燃料電池内の酸素含有ガスの圧力を調整する調圧弁と、排気酸素含有ガス排出路の前記調圧弁よりも上流から分岐して設けられ希釈器に連通する希釈用ガス供給路と、希釈器の下流に設けられ希釈された排気水素含有ガスを選択的に排出する希釈弁と、希釈弁の開成の時点から所定時間、前記調圧弁を閉方向に制御する機能を有する制御手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として車両に搭載される燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の車両において、窒素化合物、炭化水素、一酸化炭素といった有害排気物質が少ない等の理由から電気自動車が開発され、電気自動車のモータの電源として、内燃機関に比較してエネルギロスが少ない燃料電池が実用化され始めている。このような車両に搭載される燃料電池を含む燃料電池システムでは、燃料電池が安全に、かつ効率よく発電するために各種の制御を行っている。
【０００３】
この種の燃料電池システムにおける燃料電池は、負極活物質としての水素を、プラチナ（白金）などの触媒と接触させて電子と水素イオンに解離した後、この水素イオンを正極活物質としての酸素と反応させて水が得られるという反応機構に基づいている。すなわち、燃料電池では、水素から放出された電子の移動により起電力が生じるようになされている。それゆえ、このような原理に基づけば、化学的エネルギー変化を直接的に電気エネルギーに変換できるため、燃料電池では、他の方式に比べて極めてエネルギー効率が高いものとなる。
【０００４】
このような燃料電池において、水素及び酸素の供給方法としては、水素ガスタンクから水素を供給するとともに、コンプレッサを介して空気中の酸素を導入する方法が考えられている。そして、余剰の水素ガス、すなわち排気水素含有ガスの排出方法としては、例えば、反応を終えた空気、すなわち排気酸素含有ガスと混合して希釈し、水素濃度を低減させた状態で大気中に排出する方法が考えられている。このような燃料電池の一例として、例えば特許文献１に示されるものが挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８９２３７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスと混合して大気中に排出する場合、排気水素含有ガスの希釈が十分行われないと、排気中の水素濃度が爆発を起こす低濃度側の限界濃度以上のまま大気中に排出されることが起こり得る。このような不具合を解消するための構成の一例として、排気酸素含有ガス排出路に設けられる調圧弁と、燃料電池内の酸素含有ガスの圧力をほぼ一定に調整すべく調圧弁の開度をフィードバック制御する機能を有する制御手段と、排気酸素含有ガス排出路の前記調圧弁よりも上流から分岐して設けられる希釈用ガス供給路と、排気水素含有ガス排出路及び前記希釈用ガス供給路と連通する希釈器とをさらに備えるものが考えられている。
【０００７】
このようなものであれば、燃料電池内の酸素含有ガスの圧力を調圧弁のフィードバック制御によってほぼ一定に調整することにより、希釈器に導入される排気酸素含有ガスの流量もまた排気水素含有ガスの希釈のために十分な量を保つべくほぼ一定に調整できるので、確実に排気水素含有ガスを希釈して大気中に排出できる。なお、排気酸素含有ガス排出路は、燃料電池に直接連通しているので、排気酸素含有ガスの圧力は、スタック内の空気すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力に等しい。
【０００８】
ところが、排気水素含有ガスの排出を制御する排出制御弁を設けるとともに、この排出制御弁を介して排気水素含有ガスを燃料電池の負極に付着した水とともに排出するパージと呼ばれる操作を行う場合、排気水素含有ガスが急激に希釈器に流入して希釈器内の圧力が上昇する。このため、排気酸素含有ガスが一時的に希釈器内に流入しにくくなり、排気酸素含有ガスの圧力が一瞬に上昇することがある。この排気酸素含有ガスの圧力上昇は一時的なものである。一方、調圧弁は、フィードバック制御され、開方向に作動する。
【０００９】
しかし、フィードバック制御される調圧弁は、図８に示すように、実際の圧力変化の開始から遅れて作動する。すなわち、前記圧力上昇の後、すでに排気酸素含有ガスの圧力が元の状態に戻っているにもかかわらず、調圧弁は、引き続き開方向に作動している。従って、排気酸素含有ガスの圧力、及びスタック内の空気の圧力は引き続き下降する。このようにスタック内の空気の圧力が下降すると、燃料電池に供給される水素量と、該燃料電池に供給される空気中の酸素量とが均衡しなくなる。このとき、燃料電池内の空気供給口付近にだけ発電に伴う電流が発生し、空気排出口付近では前記電流が発生しにくくなる。従って燃料電池の一部分にストレスがかかることになり、スタックの故障を引き起こす可能性が生じる。
【００１０】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して発電させ、燃料電池から排出される排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスで希釈するようにしてなる燃料電池システムであって、排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとを混合する希釈器と、排気水素含有ガスの排出を制御する排出制御弁を通過した排気水素含有ガスを希釈器に案内する排気水素含有ガス排出路と、排気酸素含有ガスを大気中に排出する排気酸素含有ガス排出路と、前記排気酸素含有ガス排出路に設けられ燃料電池内の酸素含有ガスの圧力を調整する調圧弁と、排気酸素含有ガス排出路の前記調圧弁よりも上流から分岐して設けられ希釈器に連通する希釈用ガス供給路と、排出制御弁を所定周期で開閉するとともに排気酸素含有ガスの圧力をほぼ一定に調整すべく調圧弁の開度をフィードバック制御する機能を有する制御手段とを備えているとともに、前記制御手段が、さらに排出制御弁の開成時点から第一の所定時間は調圧弁のフィードバック制御を禁止する機能を有することを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、通常は調圧弁のフィードバック制御により排気水素含有ガスを希釈するのに十分な排気酸素含有ガスの流量を確保しつつ、パージの際の排出制御弁の開成に伴い排気水素含有ガスが瞬間的に希釈器内に流入することにより排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力が上昇しても、排出制御弁の開成時点から第一の所定時間は調圧弁のフィードバック制御を禁止するので、排出制御弁を閉成しても調圧弁の応答遅れにより排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力が下降することがない。従って、排気酸素含有ガスの圧力下降、すなわち燃料電池内部における酸素含有ガスの圧力下降に伴い燃料電池の一部分にストレスがかかりスタックの故障が引き起こされる不具合の発生を抑えることができる。
【００１３】
さらに、排出制御弁の開成による排気酸素含有ガスの圧力の上昇すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力の上昇を抑えるために望ましい構成として、制御手段が、フィードバック制御を禁止する間に排出制御弁の開成時点から第二の所定時間後に調圧弁を開方向に制御するものが挙げられる。
【００１４】
また、同様に排気酸素含有ガス圧力の下降すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力の下降に伴う不具合を解消するための構成として、燃料電池に水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して発電させ、燃料電池から排出される排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスで希釈するようにしてなる燃料電池システムであって、排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとを混合する希釈器と、排気水素含有ガスの排出を制御する排出制御弁を通過した排気水素含有ガスを希釈器に案内する排気水素含有ガス排出路と、排気酸素含有ガスを大気中に排出する排気酸素含有ガス排出路と、前記排気酸素含有ガス排出路に設けられ排気酸素含有ガスの圧力を調整する調圧弁と、排気酸素含有ガス排出路の前記調圧弁よりも上流から分岐して設けられ希釈器に連通する希釈用ガス供給路と、希釈器の下流に設けられ希釈された排気水素含有ガスを選択的に排出する希釈弁と、希釈弁の開成の時点から所定時間、前記調圧弁を閉方向に制御する機能を有する制御手段とを備えていることを特徴とするものが挙げられる。
【００１５】
このように構成すれば、希釈弁の開放に伴い希釈器内の圧力が低下して排気酸素含有ガスが希釈器内に急に流入し、それに伴い排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池内の酸素含有ガスの圧力が下降する不具合の発生を抑えることができるようになる。
【００１６】
なお、本発明において、「排気水素含有ガスの排出を制御する」とは、排気水素含有ガスの排出量、排出タイミングを制御することを含む概念である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る燃料電池システムＳは、図１に示すように、車両、特に自動車に搭載されるもので、燃料電池１、発電に必要な水素含有ガスである水素ガスの貯蔵手段である水素ガスタンク２、酸素含有ガスである空気の供給手段であるコンプレッサ３、蓄電手段である二次電池４、発電に付随する各種制御を行う制御装置５、燃料電池１の温度を調節する温度制御装置ＴＣ等を備えている。この燃料電池システムＳは、車両を走行させるためのモータを含む走行装置Ｍや、燃料電池１を制御するための電磁弁、ファンモータ、さらに電動式のコンプレッサ３等の電気機器を負荷とするものである。また、この燃料電池システムＳでは、基本的には燃料電池１は負荷に追従して発電量を変更するのでなく、発電効率の最もよい発電量となるように定電力発電制御されるようにしている。なお、この燃料電池システムＳは、鉄道に用いる機関車等、自動車以外の車両に用いることもできる。
【００１９】
燃料電池１は、この分野で広く知られたものを用いることができ、例えば電解部としてのイオン交換膜に密着するようにして正極部と負極部とを配設したセルの複数を直列接続してスタックを形成し、そのスタックに対して水素ガスと空気とを所定の圧力で供給し得るように、ハウジング内に収納したものである。この燃料電池システムＳにおいては、前記水素ガスタンク２と燃料電池１とを連通する水素含有ガス供給路たる水素ガス供給路Ｐ１を設けていて、この水素ガス供給路Ｐ１を介して燃料電池１に水素を供給するようにしている。また、前記水素ガス供給路Ｐ１上には、水素ガス圧力を調整するレギュレータＲＧを設けていて、このレギュレータＲＧにより、水素の供給圧力をほぼ所定圧力に保つようにしている。さらに、前記水素ガス供給路Ｐ１上の前記レギュレータＲＧと燃料電池１との間には、燃料電池１に供給される水素ガスの圧力、すなわちスタック内の水素ガスの圧力を検出する水素圧力センサＳ１を設けている。燃料電池１内に供給された水素ガスは、各セルの負極部に案内される。
【００２０】
一方、空気はエアフィルタＡＦ及び前記コンプレッサ３を有する酸素含有ガス供給路たる空気供給路Ｐ３を介して燃料電池１内に供給される。すなわち、空気は、エアフィルタＡＦを介して供給手段であるコンプレッサ３に導かれ、コンプレッサ３により圧縮された後燃料電池１に導入される。また、本実施形態では、前記コンプレッサ３と燃料電池１との間に加湿モジュールＨを備えていて、空気に水分を含ませるようにしている。そして、燃料電池１内に供給された空気は、各セルの正極部に案内される。各セルの負極部に案内された水素は、各セルの正極部に案内された空気中の酸素と反応して発電する。この燃料電池１からの電流は、走行装置Ｍ等の負荷に供給される。
【００２１】
発電に寄与した以外の余剰の空気、すなわち排気酸素含有ガスは、循環することなく、発電により生成した水のほぼ全量とともに、排気酸素含有ガス排出路Ｐ４から排気管Ｐ５を介して燃料電池１外に排出される。この排気酸素含有ガス排出路Ｐ４には、排気酸素含有ガスの圧力を検出する空気圧力センサＳ２が備えられているとともに、排気酸素含有ガスの圧力を調整すべく調圧弁Ｂ２を設けている。なお、空気供給路Ｐ３と、燃料電池１と、排気酸素含有ガス排出路Ｐ４とは直接連通しているので、燃料電池１内の空気の圧力と排気酸素含有ガス排出路Ｐ４内の排気酸素含有ガスの圧力とは等しい。すなわち、空気圧力センサＳ２は、排気酸素含有ガスの圧力を検出することにより燃料電池内の空気の圧力を検出していることになる。なお、前記空気圧力センサＳ２に替えて、燃料電池１内やコンプレッサ３と燃料電池１との間の部分における空気の圧力を測定するセンサを設けてもよい。
【００２２】
一方、反応せずに残った余剰の水素ガスである排気水素含有ガスは、燃料電池１からこの燃料電池１に連通して設けられている排気水素含有ガス排出路Ｐ２を介して排出される。この排気水素含有ガス排出路Ｐ２からは、排気水素含有ガスだけでなく、イオン交換膜を介して負極部にしみだし付着した水もまた排出される。この排気水素含有ガス排出路Ｐ２中には、電磁弁からなる排出制御弁Ｂ１が設けられている。そして、この排気水素含有ガス排出路Ｐ２は、希釈器６に接続していて、前記排出制御弁Ｂ１を通過した排気水素含有ガスは希釈器６に排出されるようにしている。さらに、排気酸素含有ガス排出路Ｐ４の前記調圧弁Ｂ２よりも上流から希釈用ガス供給路たる希釈用空気供給路Ｐ６を分岐させて設けていて、この希釈用空気供給路Ｐ６の他端も前記希釈器６に連通している。そして、この希釈器６内で排気水素含有ガスと排気酸素含有ガスとが混合し、水素濃度が低下した排気水素含有ガスが、排気管Ｐ５を介して車外に排出される。
【００２３】
一方、前記調圧弁Ｂ２は、上述したように、排気酸素含有ガスの圧力を調整することにより燃料電池１内の空気の圧力を調整する機能を有する。すなわち、前記圧力が上昇した場合には、その開度を増加させて、前記圧力を下降させるようにするとともに、前記圧力が下降した場合には、その開度を減少させて、前記圧力を上昇させる機能を有する。そして、前記希釈器６に導入される排気酸素含有ガスの流量をほぼ一定に保持するように機能する。
【００２４】
また、前記希釈器６の下流には、希釈された排気水素含有ガスを選択的に排出する希釈弁Ｂ３を設けている。前記排出制御弁Ｂ１及び前記希釈弁Ｂ３は、後述するように、制御装置５により制御されて開閉するようにしている。
【００２５】
さらに、前記希釈用空気供給路Ｐ６には、前記図１及び図２に示すように、排気水素含有ガスの流量が急に増大した際に、希釈器６を介して排気水素含有ガスが排気酸素含有ガス排出路Ｐ４に逆流して調圧弁Ｂ２から上流の圧力が急に上昇することや大気への排気中の水素濃度が急に上昇することを防ぐべく、逆止弁Ｂ４を設けている。
【００２６】
また、前記二次電池４は、燃料電池１により充電されるとともに、自動車が減速された場合や下り坂を走行した場合に、前記駆動用モータの回生運転による回生電流により充電される。車両は、この二次電池４からの電力により走行し、電力が不足した場合に燃料電池１から不足分が補充されるように構成している。すなわち、本実施形態に係る燃料電池システムＳの燃料電池１は、車両の走行中常時発電するのでなく、必要に応じて間欠的に発電する。
【００２７】
前記制御装置５は、ＣＰＵ５１、内部メモリ５２、入力インタフェース５３、出力インタフェース５４を少なくとも備えたマイクロコンピュータシステムを主体として構成され、前記走行装置への通電を制御すべくコンバータ及びインバータ（ともに図示略）をも備えている。そして、図３に示すように、入力インタフェース５３には前記水素圧力センサＳ１、前記空気圧力センサＳ２、及び走行装置に備えられ、アクセルペダルやブレーキペダル等の状態を検知する状況検知手段ＭＳ（図１では図示略）等が接続されていて、これらから入力される信号を受け付ける。一方、出力インタフェース５４には、前記排出制御弁Ｂ１、前記調圧弁Ｂ２、前記希釈弁Ｂ３、及び前記コンプレッサ３等が接続されていて、前記入力センサ５３が受け付けた信号に基づき、前記内部メモリ５２に格納されたプログラムに従いＣＰＵ５１等と協働してこれらの制御を行う。
【００２８】
以下に制御装置５が行う具体的な制御の例について述べる。まず、制御装置５は、前記コンプレッサ３の回転数を発電量に基づいた所定の回転数に保持した状態において、前記排気酸素含有ガス排出路Ｐ４のうち前記調圧弁Ｂ２より上流の部分の圧力、すなわち燃料電池１内の空気の圧力をほぼ一定に保持すべく、前記空気圧力センサＳ２から出力される排気酸素含有ガス圧力信号に基づき、前記調圧弁Ｂ２の開度を変更するフィードバック制御を行う。具体的には、前記圧力が上昇した場合には、前記調圧弁Ｂ２を開方向に制御して、前記圧力を下降させる。一方、前記圧力が下降した場合には、前記調圧弁Ｂ２を閉方向に制御して、前記圧力を上昇させる。すなわち、この制御装置５は、前記調圧弁Ｂ２に、前記排気酸素含有ガス排出路Ｐ４のうち前記調圧弁Ｂ２より上流の部分の圧力、すなわち燃料電池１内の空気の圧力を調整し、燃料電池１の発電に適した圧力とするとともに、前記希釈器６に導入される排気酸素含有ガスの流量をほぼ一定量に保持する機能を発揮させる制御を行っている。
【００２９】
さらに、前記制御装置５は、発電中に、燃料電池１内の負極部にしみだして付着した水を排気水素含有ガスとともに排出するパージと呼ばれる操作を行うべく、所定の周期において前記排出制御弁Ｂ１を予め設定した開成時間ｔｐ１だけ開成する制御も行う。すなわち、前記排出制御弁Ｂ１は、この制御装置５による制御を受けて前記所定の周期ｔ１ごとに前記開成時間ｔｐ１だけ開成する。
【００３０】
前記制御装置５は、その他、前記希釈弁Ｂ３の開閉の制御、前記コンバータの出力側において検出する発電量及び前記空気圧力センサＳ２から出力される排気酸素含有ガス圧力信号に基づくコンプレッサ３の制御、燃料電池１内の温度を検出する図示しない温度センサが出力する信号に基づく前記温度制御装置ＴＣの制御等も行う。
【００３１】
しかして、本実施形態では、前記制御装置５は、前記排出制御弁Ｂ１の開成時点から第一の所定時間ｔａは上述した調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を禁止する制御をさらに行う。すなわち、前記排出制御弁Ｂ１の開成を行うと同時に、排気酸素含有ガスの圧力変化、すなわち燃料電池１内の空気の圧力変化の検知に基づく調圧弁Ｂ２の開度の調整を行わないようにしている。また、本実施形態では、前記第一の所定時間ｔａは、前記排出制御弁Ｂ１の開成からこの前記排出制御弁Ｂ１の開成に伴う前記圧力上昇の終了までの時間、第二の所定時間ｔｂは、排気水素含有ガスが希釈器６に達するまでの時間であり、それぞれ制御装置５に予め記憶している。そして、前記排出制御弁Ｂ１の開成から前記第二の所定時間ｔｂが経過した時点で、前記第一の所定時間ｔａが終了するまでの間だけ調圧弁Ｂ２を開方向に制御し、排気酸素含有ガスの圧力上昇すなわち燃料電池１内の空気の圧力上昇を緩和する制御を行うようにしている。すなわち、本実施形態では、前記フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御によりパージに伴う排気酸素含有ガスの圧力上昇すなわち燃料電池１内の空気の圧力上昇を緩和すべく、排出制御弁Ｂ１の開成後前記第二の所定時間ｔｂが経過した時点から前記第一の所定時間ｔａが終了するまでの間、前記調圧弁Ｂ２を開方向に制御する。なお、前記第一の所定時間ｔａは、図５に示すように、前記排出制御弁Ｂ１の開成を行う所定の周期ｔ１よりも短い。
【００３２】
以下に、排出制御弁Ｂ１の開成時において前記制御装置５が調圧弁Ｂ２に対して行う制御を、フローチャートである図４を参照して説明する。また、図５には、作用図として、排気制御弁Ｂ１の開閉状態の経時変化、排気酸素含有ガスの圧力の経時変化（すなわち燃料電池１内の空気の圧力の経時変化）、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御の許可（図中ではＯＮと表現）又は禁止（図中ではＯＦＦと表現）の状態の経時変化、及び調圧弁Ｂ２の開度の経時変化を、共通の時間軸を横軸としてそれぞれ示している。さらに、調圧弁Ｂ２に対して従来のもののようにフィードバック制御を行った場合の、排気酸素含有ガスの圧力の経時変化を図５の破線により示している。
【００３３】
ステップＳＴ１では、現在時刻が排気制御弁Ｂ１の開成を行う時刻である否かを判定する。ステップＳＴ１において、現在時刻が排気制御弁Ｂ１の開成を行う時刻であると判定した場合には、ステップＳＴ２に進む。一方、そうでない場合には、再度このステップＳＴ１を実行する。
【００３４】
ステップＳＴ２では、排気制御弁Ｂ１の開成から第一の所定時間ｔａが経過しているか否かを判定する。ステップＳＴ２において、排気制御弁Ｂ１の開成から第一の所定時間ｔａが経過していると判定した場合には、後述するステップＳＴ６に進む。一方、そうでない場合には、ステップＳＴ３に進む。
【００３５】
ステップＳＴ３では、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を禁止する。
【００３６】
ステップＳＴ４では、排気制御弁Ｂ１の開成から前記第二の所定時間ｔｂが経過しているか否かを判定する。ステップＳＴ４において、排気制御弁Ｂ１の開成から前記第二の所定時間ｔｂが経過していると判定した場合には、ステップＳＴ５に進む。一方、そうでない場合には、再度このステップＳＴ４を実行する。
【００３７】
ステップＳＴ５では、調圧弁Ｂ２を開方向に制御し、パージに伴う排気酸素含有ガスの圧力上昇を緩和させる。その後、前記ステップＳＴ２に戻る。
【００３８】
ステップＳＴ６では、調圧弁Ｂ２の開度を元に戻し、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を再開する。
【００３９】
制御装置５が以上のように制御を行うことにより、以下に述べる効果が得られる。すなわち、排出制御弁Ｂ１の開成と同時にフィードバック制御を禁止するので、フィードバック制御を行った場合に調圧弁Ｂ２の応答遅れに伴い排気酸素含有ガスの圧力が低下して図５の破線に示すように調圧弁Ｂ２の上流における排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力が所定圧力よりさらに低下する現象を抑えることができる。また、これに起因する燃料電池１の一部分にストレスがかかる不具合や、それに伴うスタックの故障を抑えることができる。
【００４０】
その一方で、排出制御弁Ｂ１の開成に伴い、制御手段５がフィードフォワード制御により調圧弁Ｂ２を開方向に制御するので、パージに伴う排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力の急な増大を、上述したフィードバック制御に伴う不具合を解消しつつ緩和することもできる。
【００４１】
さらに、通常は調圧弁Ｂ２の開度をフィードバック制御することにより排気水素含有ガスを希釈するために必要な排気酸素含有ガスの流量を確保して排気水素含有ガスを十分希釈してから排出するようにしているので、排気水素含有ガスの不十分な希釈により排気中の水素濃度が爆発を起こす低濃度側の限界濃度以上のまま大気中に排出される不具合の発生も抑えることができる。
【００４２】
また、前記第二の所定時間ｔｂが比較的長く、フィードバック制御を禁止することによって排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力が大きく変動してしまう等の不具合が生じる場合には、前記第二の所定時間ｔｂの期間中もフィードバック制御を行い、その後フィードフォワード制御によって調圧弁Ｂ２を開方向に制御してもよい。
【００４３】
なお、本発明は以上に述べた実施の形態に限られない。
【００４４】
例えば、希釈器の下流に希釈弁を設けた場合において、希釈弁の開成に伴い希釈器内の圧力が急に低下することがあり得る。その際、排気酸素含有ガスが希釈器内に急に流入し、これに伴い調圧弁より上流の部分において排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力が急に下降する不具合が起こり得る。これを緩和すべく、制御手段が次のような制御を行うようにする態様が考えられる。なお、以下に述べる態様の説明においては、上述した実施形態に対応する部分には同一の名称及び符号を付している。
【００４５】
この態様では、図７に示すように、制御装置５は、燃料電池１から排出された排気水素含有ガスを排気酸素含有ガスにより希釈してから大気中に排出させるべく、所定の周期ｔ２において前記希釈弁Ｂ３を所定の開成時間ｔｐ２だけ開閉する制御を行う。すなわち、前記希釈弁Ｂ３は、前記制御装置５による制御を受けて所定の周期ｔ２で前記開成時間ｔｐ２だけ開成するようにしている。
【００４６】
さらに、前記制御装置５は、前記希釈弁Ｂ３の開成の時点から所定時間ｔｃだけ調圧弁Ｂ２の開度を減少させ、排気酸素含有ガスの圧力下降すなわち燃料電池１内の空気の圧力下降を緩和する制御を行う。前記所定時間ｔｃは、前記圧力下降の継続時間であり、予め制御手段５に記憶している。その際、前記希釈弁Ｂ３の開成を行うと同時に上述した調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を禁止する制御をも行う。すなわち、本実施形態では、前記制御装置５は、前記希釈弁Ｂ３の開成と同時に、前記フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御により、希釈弁Ｂ３の開成に伴う排気酸素含有ガスの圧力下降すなわち燃料電池１内の空気の圧力下降を緩和すべく調圧弁Ｂ２を閉方向に制御する。なお、前記所定時間ｔｃは、図７に示すように、希釈弁Ｂ３の開成を行う所定の周期ｔ２よりも短い。
【００４７】
以下に前記制御装置５が希釈弁Ｂ３の開成時に調圧弁Ｂ２に対して行う制御を、フローチャートである図６を参照して説明する。また、図７には、作用図として、希釈弁Ｂ３の開閉状態の経時変化、排気酸素含有ガスの圧力の経時変化（すなわち燃料電池１内の空気の圧力の経時変化）、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御の許可（図中ではＯＮと表現）又は禁止（図中ではＯＦＦと表現）の状態の経時変化、及び調圧弁Ｂ２の開度の経時変化を、共通の時間軸を横軸としてそれぞれ示している。さらに、調圧弁Ｂ２に対して従来のもののようにフィードバック制御を行った場合の排気酸素含有ガスの圧力の経時変化（すなわち燃料電池１内の空気の圧力の経時変化）を、図７の破線により示している。
【００４８】
ステップＳＴ７では、現在時刻が希釈弁Ｂ３の開成を行う時刻であるか否かを判定する。ステップＳＴ７において、現在時刻が希釈弁Ｂ３の開成を行う時刻であると判定した場合には、ステップＳＴ８に進む。一方、そうでない場合には、再度このステップＳＴ７を実行する。
【００４９】
ステップＳＴ８では、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を禁止する。
【００５０】
ステップＳＴ９では、調圧弁Ｂ２を閉方向に制御し、希釈弁Ｂ３の開成に伴う排気酸素含有ガスの圧力下降すなわち燃料電池１内の空気の圧力下降を緩和させる。
【００５１】
ステップＳＴ１０では、希釈弁Ｂ３の開成から第三の所定時間ｔｃが経過したか否かを判定する。ステップＳＴ１０において希釈弁Ｂ３の開成から第三の所定時間ｔｃが経過していると判定した場合には、ステップＳＴ１１に進む。一方、そうでない場合には、ステップＳＴ８に戻る。
【００５２】
ステップＳＴ１１では、調圧弁Ｂ２の開度を元に戻し、フィードバック制御を再開する。
【００５３】
本実施態様では、上述したように、希釈弁Ｂ３の開成と同時にフィードバック制御を禁止し、制御手段５により調圧弁Ｂ２の開度を希釈弁Ｂ３の開成と同時に減少させる制御を行う。従って、希釈弁Ｂ３の開成に伴い希釈器６に排気酸素含有ガスが急に流入することに伴う、図７の破線に示すような調圧弁Ｂ２の上流における排気酸素含有ガスの圧力低下を緩和することができる。それとともに、上述した実施形態において述べた制御と同様に、調圧弁Ｂ２の上流における排気酸素含有ガスの圧力の低下、すなわち燃料電池内１の空気の圧力の低下を抑えることができる。さらに、これに起因して燃料電池１の一部分にストレスがかかること、及びそれに伴うスタックの故障をも抑えることができる。なお、調圧弁Ｂ２のフィードバック制御を禁止し、調圧弁Ｂ２の開度を減少させる制御の開始は、前記希釈弁Ｂ３の開成より以前であっても、上述した効果を得ることができる。
【００５４】
ここで述べた希釈弁Ｂ３の開成に伴う排気酸素含有ガスの圧力下降すなわち燃料電池１内の空気の圧力下降を緩和する制御は、上述した実施形態において述べたパージ後の調圧弁Ｂ２に対する制御と組み合わせて行ってもよい。
【００５５】
さらに、上述した実施形態では、排気水素含有ガスの排気酸素含有ガス排出路への逆流を防ぐべく希釈用ガス供給路に逆止弁を設けているが、排出制御弁と希釈器との間に排気水素含有ガスの排出圧力を低下させるバッファを別に設ける等の手段により、排気水素含有ガスの排気酸素含有ガス排出路への逆流のおそれを小さくしているものであれば、この逆止弁は必ずしも設けなくてもよい。
【００５６】
また、排出制御弁の開成に伴う排気酸素含有ガスの圧力上昇すなわち燃料電池１内の空気の圧力上昇の幅がさほど大きいものでなければ、調圧弁のフィードバック制御を禁止している時間帯に、必ずしも調圧弁を開方向に制御する必要はない。
【００５７】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムは、排出制御弁の開成時点ではフィードバック制御を禁止しているので、排出制御弁を開成することにより排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力が上昇しても、制御手段は、フィードバック制御により排出制御弁の開成から遅れて調圧弁の開度を増し排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力を下降させるようには働かない。従って、排出制御弁を閉成しても、調圧弁の応答遅れにより排気酸素含有ガスの圧力すなわち燃料電池１内の空気の圧力が下降することがない。すなわち、燃料電池１内の空気の圧力下降に伴い燃料電池の一部分にストレスがかかる不具合、及びそれに伴いスタックが故障する不具合の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す概略図。
【図２】図１における要部を拡大した図。
【図３】同実施形態に係る燃料電池システムの制御装置の機能ブロックを示す図。
【図４】同実施形態に係る燃料電池システムの制御装置が調圧弁に対して行う制御の流れを示すフローチャート。
【図５】図４における制御の作用を示す図。
【図６】本発明の他の態様に係る燃料電池システムの制御装置が調圧弁に対して行う制御の流れを示すフローチャート。
【図７】図６における制御の作用を示す図。
【図８】従来の燃料電池システムの作用を示す図。
【符号の説明】
Ｓ…燃料電池システム
１…燃料電池
５…制御装置（制御手段）
６…希釈器
Ｐ２…排気水素含有ガス排出路
Ｐ４…排気酸素含有ガス排出路
Ｐ６…希釈用空気供給路（希釈用ガス供給路）
Ｂ１…排出制御弁
Ｂ２…調圧弁
Ｂ３…希釈弁
【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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【図８】
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