(57)【要約】【課題】燃料電池に空気を効率良く供給する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１１と、燃料電池１１に空気を供給する圧縮機１７と、圧縮機１７へ供給する空気が通る空気流路１５に介装した流量計１８と、を備えた燃料電池システムにおいて、流量計１８を迂回するバイパス流路１４と、バイパス流路１４を開閉するシャット弁１３と、圧縮機１７から燃料電池１１へ供給する空気流量が所定値Ｑｔｈ１よりも少ない場合はシャット弁１３を閉じ、多い場合はシャット弁１３を開き、所定値Ｑｔｈ１よりも少ない場合は流量計１８によって検出する空気流量を基に圧縮機１７の回転数を制御し、所定値Ｑｔｈ１よりも多い場合は流量計１８によって検出する空気流量とは異なる空気流量を基に圧縮機１７の回転数を制御する手段と、を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との反応によって発電する燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給する圧縮機と、
前記圧縮機へ供給される空気が通る空気流路に介装した流量計と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流量計を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に介装され、前記バイパス流路を開閉するシャット弁と、
前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量が所定値Ａよりも少ない場合は前記シャット弁を閉じ、前記流量計によって検出した空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量が前記所定値Ａよりも多い場合は前記シャット弁を開き、前記流量計によって検出した空気流量とは異なる空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する空気流量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量が増加し、所定値Ａよりも多くなると前記シャット弁を閉じ状態から開き状態へと切り替え、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する前記空気流量が減少し、前記所定値Ａと比較すると小さい所定値Ｂよりも少なくなると前記シャット弁を開き状態から閉じ状態へと切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記シャット弁が開いている状態で前記圧縮機の回転数によって、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量を算出する第１空気流量テーブルを備え、
前記制御手段は、前記第１空気流量テーブルにより算出した前記空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記シャット弁が閉じている状態で前記圧縮機の回転数によって、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量を算出する第２空気流量テーブルと、
前記シャット弁が閉じている状態で前記流量計によって検出した前記空気流量と前記第２空気流量テーブルから算出した前記空気流量との流量比により第１補正値を算出する第１補正手段と、を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する前記空気流量が前記所定値Ａよりも多い場合には、前記第１空気流量テーブルによって算出した前記空気流量を前記第１補正値によって補正し、前記第１補正値によって補正された空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
大気圧を検出する大気センサと、
前記空気流路の吸気温度を検出する吸気温センサと、
前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量が所定値Ａよりも多い場合では、前記大気センサと前記吸気温センサとにより検出された大気圧と吸気温により第２補正値を算出する第２補正手段と、を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する前記空気流量が前記所定値Ａよりも多い場合は、前記第１空気流量テーブルによって算出した前記空気流量を第２補正値によって補正し、前記第２補正値によって補正された空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記シャット弁が開いている状態で前記流量計において検出される空気流量と、前記空気流路と前記バイパス流路との流量比によって、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する空気流量を算出する第３空気流量テーブルを備え、
前記制御手段は、前記圧縮機から前記燃料電池へ供給する前記空気流量が前記所定値Ａよりも多い場合には、前記第３空気流量テーブルにより空気流量を算出し、前記第３空気流量テーブルにより算出される前記空気流量に基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項１または２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】
本発明は燃料電池車に空気を供給する空気圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池に空気を供給する空気流量を圧縮機の上流に設けた流量計によって読み取るものが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、燃料電池車に搭載する燃料電池は、定置型燃料電池と異なり定格運転からアイドル運転まで幅広い出力が要求される。このために、燃料電池に供給する空気量にも１：１００以上にも及ぶ幅広いダイナミックレンジが要求される。特にアイドルにおいては燃料電池の燃費を向上させるには、精度の高い空気量制御が必要となる。少量の空気量を正確に測定するには、流量計の流路を狭くし、流速を高めなくてはならない。しかし、流量計の流路を狭くすると、大流量域では圧損が大きくなり、燃料電池への空気供給量が減り、燃料電池の出力が低下し、燃費が悪くなるといった問題点がある。
【０００４】
本発明ではこのような課題を解決するために発明されたもので、燃料電池に供給する空気流量を少流量域のときに精度良く制御でき、大流量域のときにも効率良く供給できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、燃料電池と、燃料電池へ空気を供給する圧縮機と、圧縮機へ供給される空空気が通る空気流路に介装した流量計と、を備えた燃料電池システムにおいて、流量計を迂回するバイパス流路と、バイパス流路に設けたシャット弁と、圧縮機から燃料電池へ供給する空気流量が或る所定値よりも多い場合はシャット弁を開き、少ない場合はシャット弁を閉じ、空気流量が少ない場合は、流量計によって検出する空気流量を基に圧縮機の回転数を制御し、空気流量が多い場合は、流量計によって検出する空気流量とは異なる空気流量に基に圧縮機の回転数を制御する手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、圧縮機を迂回するバイパス流路を備え、空気流量が多いときにはバイパス流路中に設けたシャット弁を開くことで空気がバイパス流路を通り、流量計による圧損を低減できる。また、空気流量が少ない場合、多い場合のどちらの場合でも正確に空気流量を測定でき、正確な空気流量を燃料電池に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１実施形態の構成を図１を用いて説明する。
【０００８】
本発明の第１実施形態は、燃料電池１１と、燃料電池１１の空気極に送る空気を圧縮する圧縮機１７と、圧縮機１７を動作させるモータ１６と、圧縮機１７に接続し空気が流れる空気流路１５と、空気流路１５の流量を計測する流量計１８と、流量計１８を迂回するバイパス流路１４と、を備える。
【０００９】
バイパス流路１４は、流量計１８の上流側で空気流路１５から分岐し、その途中にシャット弁１３を有し、流量計１８の下流側で空気流路１５に再び合流する。
【００１０】
流量計１８はその内部の一部が流量を測定するために狭くなっており、流量が少ない場合でも流速を速め、流量を正確に測定することができる。
【００１１】
圧縮機１７はモータ１６によって空気流路１５から流入する空気を圧縮し、燃料電池１１の空気極に圧縮空気を供給する。
【００１２】
外部から取り入れられた空気は空気流路１５を通り、空気流路１５に設けられた流量計１８によって空気流量を計測されるが、空気流量が多い場合は流量計１８の迂回するバイパス流路１４に設けたシャット弁１３を開くことでバイパス流路１４に空気を通るようにする。
【００１３】
燃料電池１１はその運転状態に応じて要求空気流量が変わり、コントローラ１２は実際に計測される空気流量が、要求空気流量と一致するように圧縮機１７を駆動するモータ１６の回転数を制御する。コントローラ１２は、要求空気流量が小さい場合は、流量計１８で測定した空気流量に基づいてモータ回転数の制御を行うが、要求空気流量が多い場合には、流量計１８の抵抗が大きくなるので、シャット弁１３を開いてバイパス流路１４に空気を流し、このときの圧縮機１７を通過する空気流量は、圧縮機１７の回転数に基づいて算出し、この算出空気流量に基づいてモータ回転数を制御するようになっており、これにより燃料電池１１に運転状態に応じて常に適正な空気量を供給する。
【００１４】
ここで、コントローラ１２で実行されるシャット弁１３の開閉やモータ１６の回転数の制御について、図２のフローチャートを参照して詳しく説明する。
【００１５】
まず、ステップＳ２０１において、シャット弁１３が閉じているかどうか判断する。シャット弁１３が閉じている場合はステップＳ２０３へ進み、シャット弁１３が閉じていない場合はステップＳ２０２へ進み、シャット弁１３を閉じてからステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０２においてシャット弁１３が閉じられたので圧縮機１７へ送られる空気、つまり燃料電池１１へ供給する空気は全て流量計１８を通ることとなる。
【００１６】
ステップＳ２０３では、空気流路１５を通り圧縮機１７送られる空気流量Ｑを流量計１８によって検出する。その後ステップＳ２０４において圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、更にステップＳ２０５へ進み、燃料電池１１で要求される反応に必要な要求空気（酸素）量Ｑｒを検出する。その後ステップＳ２０６へ進む。
【００１７】
ステップＳ２０６では、シャット弁１３が閉じているときは、ステップＳ２０３で流量計１８によって検出した空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１（所定値Ａ）とを比較する。また、シャット弁１３が開いているときは、後に記述するステップＳ２２３で検出する空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１を比較する。空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１よりも小さい場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑが少量であると判断し、ステップＳ２０７へ進む。また、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑが多いと判断し、ステップＳ２１４へ進む。ここでＱｔｈ１は、燃料電池１１の出力がアイドルと定格の間に設定されたときの空気流量であり、圧縮機１７の固体ばらつきが少なく、空気流路１５における圧損が少ない流量とすることが望ましい。
【００１８】
ステップＳ２０７ではシャット弁１３が閉じているかどうか判断する。閉じている場合はステップＳ２０９へ進み、閉じていない場合はステップＳ２０８へ進みシャット弁１３を閉じた後、ステップＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９では、流量計１８によって空気流量Ｑを検出する。その後ステップＳ２１０へ進む。
【００１９】
ステップＳ２１０では、ステップＳ２０９で検出した空気流量ＱとステップＳ２０５で検出した要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下の場合はステップＳ２１２へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合はステップＳ２１１へ進み、ステップＳ２０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、ステップＳ２０１へ戻り、上記制御を繰り返す。
【００２０】
ステップＳ２１２では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ２０１へ戻り、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ２１０へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げた後にステップＳ２０１へ戻る。
【００２１】
ステップＳ２０６において、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合はステップＳ２１４へ進み、シャット弁１３が開いているか判断する。シャット弁１３が開いている場合はステップＳ２１６へ進み、シャット弁１３開いていない場合はステップＳ２１５へ進み、シャット弁１３を開いた後にステップＳ２１６へ進む。シャット弁１３を開くことで空気流路１５を流れる空気は、流量計１８を迂回するバイパス流路１４へも流れるようになる。
【００２２】
ステップＳ２１６では、圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、その後ステップＳ２１７へ進む。シャット弁１３を開くので、流量計１８を迂回するバイパス流路１４へも空気が流れ、流量計１８において正確な流量を測定することができなくなるが、ステップＳ２１７では、ステップＳ２１６において検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設定した圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７の空気流量テーブル（第１空気流量テーブル）を基に圧縮機１７の空気流量Ｑ、つまり燃料電池１１の酸素極へ供給している空気流量Ｑを検出する。その後ステップＳ２１８へ進む。
【００２３】
ステップＳ２１８では、ステップＳ２１７で検出した空気流量ＱとステップＳ２０５で検出した要求空気量Ｑｒとを比較する。そして、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下である場合はステップＳ２２０へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合は、ステップＳ２１９へ進み圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、その後ステップＳ２２０へ進む。
【００２４】
ステップＳ２１７では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ２２２へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合は、ステップＳ２２１へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げ、その後ステップＳ２２２へ進む。
【００２５】
ステップＳ２２２では圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、ステップＳ２２３へ進む。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１９において検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７の空気流量テーブルを基に圧縮機１７の空気流量Ｑを検出する。そして、ステップＳ２０５へと戻り、上記制御を繰り返す。ここで、ステップＳ２２０からステップＳ２０５を経て、ステップＳ２０６へ進んだ場合、つまりシャット弁１３が開いている場合は、ステップＳ２０６において所定値Ｑｔｈ１と比較する空気流量ＱはステップＳ２２０において検出した空気流量Ｑを使用する。
【００２６】
上記コントローラ１２の制御では、空気流路１５を流れる空気流量、つまり燃料電池１１へ供給している空気量が少ない場合は、シャット弁１３を閉じて空気流量を流量計１８を用いて検出し、空気量が多い場合は、シャット弁１３を開いて圧縮機１７の回転数から算出する。
【００２７】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２８】
図８に本発明の実施形態を用いない場合の比較例を示す。
【００２９】
比較例によると燃料電池１の上流に圧縮機３を備え、更に圧縮機３の上流に空気流量を検出する流量計２を備えている。比較例では外部から空気を供給する際に、必ず流量計２を空気が通るので、流量が多い場合に流量計における圧損が大きくなる。
【００３０】
そこで、本発明では流量計１８を迂回するバイパス流路１４を設け、空気流量の量によってシャット弁１３を開閉し、流量が多い場合はバイパス流路１４に空気を流すものである。
【００３１】
燃料電池１１へ供給する空気量が少ないときにはシャット弁１３を閉じることで、流路の一部が細くなった流量計１８を空気が通り、少ない空気量でも流速を高め正確に流量を測定でき、燃料電池１１の要求する空気流量を正確に供給することができる。また、流速を高めて燃料電池１１に供給するので、燃料電池１１内の水詰まりを防止することができる。
【００３２】
燃料電池１１へ供給する空気流量が多いときにはシャット弁１３を開き、流量計１８を迂回するバイパス流路１４を使用し、圧縮機１７に空気を供給するので、流量計１８における圧損をなくすことができ、効率良く圧縮機１７に空気を供給することができる。また、このとき圧縮機１７の回転数に対する圧縮機空気量テーブルにより燃料電池１１へ供給する空気流量を測定することができる。
【００３３】
次に本発明の第２実施形態について説明するが、第２実施形態の構成は第１実施形態と同一とである。
【００３４】
第２実施形態については図３のフローチャートを用いてコントローラ１２の制御を説明する。第１実施形態と同一の番号については、第１実施形態と同一の制御を行い、そのステップの説明は省略する。
【００３５】
ステップＳ３０６では、ステップＳ２０３において流量計１８で検出された空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１とを比較する。空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１よりも小さい場合は、ステップＳ３０７へ進む。空気流量Ｑが或る所定値Ｑｔｈ１以上である場合はステップＳ２１４へ進み、ステップＳ２１８までは第１実施形態と同一の制御を行う。
【００３６】
ステップＳ３０７では、ステップＳ２０３で検出した空気流量ＱとステップＳ２０５で検出した要求空気量Ｑｒを比較し、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下の場合はステップＳ３０９へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合はステップＳ３０８へ進み、ステップＳ２０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、ステップＳ２０１へ戻り、上記制御を繰り返す。
【００３７】
ステップＳ３０９では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ２０１へ戻り、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ３１０へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げた後にステップＳ２０１へ戻る。
【００３８】
ステップＳ２１８では、ステップＳ２１７で検出した空気流量ＱとステップＳ２０５で検出した要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下である場合は、ステップＳ２２０へ進み、空気流量Ｑと要求空気流量Ｑｒが等しい場合はステップＳ３２４へ進み、空気流量Ｑが要求空気流量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ２２１へ進み、圧縮機１７の回転数を上げた後、ステップＳ３２４へ進む。空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合は、ステップＳ２１９へ進み、圧縮機１７の回転数を減らし、その後ステップＳ３２１へ進む。
【００３９】
ステップＳ３２１では、圧縮機１７の回転数Ｎを検出した後にステップＳ３２２へ進み、ステップＳ３２１で検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７の空気流量テーブル（第１空気流量テーブル）を基に圧縮機１７の空気流量Ｑを検出する。その後ステップＳ３２３へ進む。
【００４０】
ステップＳ３２３では、ステップＳ３２２で検出した空気流量Ｑと、所定値Ｑｔｈ１よりも小さい所定値Ｑｔｈ２（所定値Ｂ）と、を比較する。空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ２よりも小さい場合は、ステップＳ３２４へ進み、燃料電池１１の要求空気流量Ｑｒを検出する。その後、ステップＳ２１６へ進み、上記制御を繰り返す。
【００４１】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。
【００４２】
所定値Ｑｔｈ１よりも小さい値である所定値Ｑｔｈ２と比較することで、所定値Ｑｔｈ１付近で空気流量Ｑが変動し、所定値Ｑｔｈ１を頻繁に跨ぐような場合にシャット弁１３の開閉回数を減らすことができ、シャット弁１３の切り替わりの際の騒音の発生回数を減らすことができる。また、シャット弁１３の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
次に本発明の第３実施形態について説明するが、第３実施形態の構成は第１実施形態と同一である。
【００４４】
第３実施形態については図４のフローチャートを用いてコントローラ１２の制御を説明する。
【００４５】
まず、ステップＳ４０１において、シャット弁１３が閉じているかどうか判断する。シャット弁１３が閉じている場合はステップＳ４０３へ進み、シャット弁１３が閉じていない場合はステップＳ４０２へ進み、シャット弁１３を閉じてからステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０２においてシャット弁１３が閉じられたので燃料電池１１へ供給する空気、つまり圧縮機１７へ送られる空気は全て流量計１８を通ることとなる。
【００４６】
ステップＳ４０３では、空気流路１５を通り圧縮機１７へ送られる空気流量Ｑを流量計１８によって検出する。その後ステップＳ４０４で圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、更にステップＳ４０５へ進み、燃料電池１１で要求される反応に必要な要求空気（酸素）量Ｑｒを検出する。その後ステップＳ４０６へ進む。
【００４７】
ステップＳ４０６では、シャット弁１３が閉じているときは、ステップＳ４０３で検出した空気流量Ｑと所定値のＱｔｈ１とを比較する。また、シャット弁１３が開いているときは、後に記述するステップＳ４２３で検出する空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１を比較する。空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１よりも小さい場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑが少ないと判断し、ステップＳ４０７へ進む。また、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑが多いと判断し、ステップＳ４１４へ進む。ここでＱｔｈ１は、燃料電池１１の出力がアイドルと定格の間に設定されたときの空気流量であり、圧縮機１７の固体ばらつきが少なく、空気流路１５における圧損が少ない流量とすることが望ましい。
【００４８】
ステップＳ４０７ではシャット弁１３が閉じているかどうか判断する。閉じている場合はステップＳ４０９へ進み、閉じていない場合はステップＳ４０８へ進みシャット弁１３を閉じた後、ステップＳ４０９へ進む。ステップＳ４０９では、流量計１８によって空気流量Ｑを検出し、ステップＳ４１０へ進む。
【００４９】
ステップＳ４１０では、空気流量ＱとステップＳ４０５で検出した要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下の場合はステップＳ４１２へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合はステップＳ４１１へ進み、ステップＳ４０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、ステップＳ４０１へ戻り、上記制御を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ４１２では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ４０１へ戻り、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ４１３へ進み、ステップＳ４０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを上げた後にステップＳ４０１へ戻る。
【００５１】
ステップＳ４０７において、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合はステップＳ４１４へ進み、シャット弁１３が開いているか判断する。シャット弁１３が開いている場合はステップＳ４１６へ進み、シャット弁１３開いていない場合はステップＳ４１５へ進み、シャット弁１３を開いた後にステップＳ４１６へ進む。シャット弁１３を開くことで空気流路１５を流れる空気は、流量計１８を迂回するバイパス流路１４へも流れるようになる。
【００５２】
シャット弁１３を開くことでバイパス流路１４へ空気が流れるが、流量計１８にも空気は流れている。ステップＳ４１６では流量計１８によって空気流量Ｑ’を検出する。その後ステップＳ４１７へ進む。ステップ４１７では、ステップＳ４１６において検出した空気流量Ｑ’から、予めコントローラ１２に設けられたシャット弁１３が開いている場合の流量計１８において検出される空気流量Ｑ’によって空気流路１５とパイバス流路１４との流量比から空気流量Ｑを算出する圧縮機１７の空気流量テーブル（第３空気流量テーブル）により、空気流量Ｑを検出する。その後ステップＳ４１８へ進む。
【００５３】
ステップＳ４１８では、ステップＳ４１７で検出した空気流量ＱとステップＳ４０５で検出した要求空気量Ｑｒとを比較する。そして、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下である場合はステップＳ４２０へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合は、ステップＳ４１９へ進み圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、その後ステップＳ４２２へ進む。
【００５４】
ステップＳ４２０では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ４２２へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合は、ステップＳ４２１へ進み、圧縮機の回転数Ｎを上げ、その後ステップＳ４２２へ進む。
【００５５】
ステップＳ４２２では、流量計１８によって空気流量Ｑ’を検出し、ステップＳ４２３へ進む。ステップＳ４２３では、ステップＳ４２２において検出した空気流量Ｑ’から、予めコントローラ１２に設けられたシャット弁１３が開いている場合の流量計１８で検出される空気流量Ｑ’に対する圧縮機１７の空気流量テーブルにより、空気流量Ｑを検出する。そして、ステップＳ４０５へと戻り、上記制御を繰り返す。ここで、ステップＳ４２３からステップＳ４０５を経て、ステップＳ４０６へ進んだ場合、つまりシャット弁１３が開いている場合は、ステップＳ４０６において所定値Ｑｔｈ１と比較する空気流量ＱはステップＳ４２３において検出した空気流量Ｑを使用する。
【００５６】
本発明の第３実施形態の効果について説明する。
【００５７】
シャット弁１３が開いた状態と、閉じた状態のそれぞれにおいて、流量計１８で検出される空気流量に対する圧縮機１７の空気流量テーブルをコントローラ１２に設け、シャット弁１３の開閉状態によって空気流量テーブルを切り替えることで、燃料電池１１へ供給する空気流量が多い場合でも、流量計１８で検出される空気流量を使用でき、大気圧、気温が大きく変化しても精度良く空気流量を検出することができる。
【００５８】
次に本発明の第４実施形態について説明するが、第４実施形態の構成は第１実施形態と同一である。
【００５９】
第４実施形態については図５のフローチャートを用いてコントローラ１２の制御を説明する。
【００６０】
まず、ステップＳ５０１において、シャット弁１３が閉じているかどうか判断する。シャット弁１３が閉じている場合はステップＳ５０３へ進み、シャット弁１３が閉じていない場合はステップＳ５０２へ進みシャット弁１３を閉じてからステップＳ５０３へ進む。ステップＳ５０２においてシャット弁１３が閉じられたので燃料電池１１へ供給する空気、つまり圧縮機１７へ送られる空気は全て流量計１８を通ることとなる。
【００６１】
ステップＳ５０３では、空気流路１５を通り圧縮機１７へ送られる空気流量Ｑを流量計１８によって検出する。その後ステップＳ５０４において、圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、更にステップＳ５０５へ進み、ステップＳ５０４において検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数に対する空気流量テーブル（第２空気流量テーブル）を基に圧縮機１７の空気流量Ｑｎを検出する。その後ステップＳ５０６において、ステップＳ５０３において検出した流量計１８の空気流量ＱとステップＳ５０５において検出した圧縮機１７の回転数Ｎに基づいた空気流量Ｑｎによって補正値Ｒｆ＝Ｑ／Ｑｎ（第１補正値）を算出する。そして、ステップＳ５０７へ進み、燃料電池１１で要求される反応に必要な要求空気（酸素）量Ｑｒを検出する。その後ステップＳ５０８へ進む。
【００６２】
ステップＳ５０８では、シャット弁１３が閉じているときは、ステップＳ５０３で流量計１８によって検出した空気流量Ｑと所定値のＱｔｈ１とを比較する。また、シャット弁１３が開いているときは、後に記述するステップＳ５２７で算出する空気流量Ｑ’’と所定値Ｑｔｈ１を比較する。空気流量Ｑ（Ｑ’’）が所定値Ｑｔｈ１よりも小さい場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑ（Ｑ’’）が少ないと判断し、ステップＳ５０９へ進む。また、空気流量Ｑ（Ｑ’’）が所定値Ｑｔｈ１以上である場合は、空気流路１５を流れている空気流量が多いと判断し、ステップＳ５１３へ進む。ここでＱｔｈ１は、燃料電池１１の出力がアイドルと定格の間に設定されたときの空気流量であり、圧縮機１７の固体ばらつきが少なく、空気流路１５における圧損が少ない流量とすることが望ましい。
【００６３】
ステップＳ５０９ではシャット弁１３が閉じているかどうか判断する。閉じている場合はステップＳ５１１へ進み、閉じていない場合はステップＳ５１０へ進みシャット弁１３を閉じた後、ステップＳ５１１へ進む。ステップＳ５１１では、流量計１８によって空気流量Ｑを検出し、ステップＳ５１２へ進む。
【００６４】
ステップＳ５１２では、空気流量ＱとステップＳ５０７で検出した要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑ（Ｑ’’）が要求空気量Ｑｒ以下の場合はステップＳ５１１へ進み、空気流量が要求空気量Ｑｒよりも大きい場合はステップＳ５１０へ進み、ステップＳ５０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、ステップＳ５０１へ戻り、上記制御を繰り返す。
【００６５】
ステップＳ５１４では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ５０１へ戻り、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ５１５へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げた後にステップＳ５０１へ戻る。
【００６６】
ステップＳ５０８において、空気流量Ｑ（Ｑ’’）が所定値Ｑｔｈ１以上である場合はステップＳ５１６へ進み、シャット弁１３が開いているか判断する。シャット弁１３が開いている場合はステップＳ５１８へ進み、シャット弁１３開いていない場合はステップＳ５１７へ進み、シャット弁１３を開いた後にステップＳ５１８へ進む。シャット弁１３を開くことで空気流路１５を流れる空気は、流量計１８を迂回するバイパス流路１４へも流れるようになる。
【００６７】
ステップＳ５１８では、圧縮機１７の回転数Ｎ１を検出し、その後ステップＳ５１９へ進む。ステップＳ５１９では、ステップＳ５１８において検出した圧縮機１７の回転数Ｎ１から、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数Ｎ１に対する圧縮機１７の空気流量テーブル（第１空気流量テーブル）を基に圧縮機１７の空気流量Ｑ１、つまり燃料電池１１の酸素極へ供給している空気流量Ｑ１を検出する。その後ステップＳ５２０へ進む。
【００６８】
ステップＳ５２０では、ステップＳ５１９において検出した空気流量Ｑ１をステップＳ５０６において算出された補正値Ｒｆによって補正を行い、空気流量Ｑ’’をＱ’’＝Ｒｆ×Ｑ１によって算出する。その後ステップＳ５２１へ進む。
【００６９】
ステップＳ５２１では、ステップＳ５２０で検出した空気流量Ｑ’’とステップＳ５０７で検出した要求空気量Ｑｒとを比較する。そして、空気流量Ｑ’’が要求空気量Ｑｒ以下である場合はステップＳ５２３へ進み、空気流量Ｑ’’が要求空気量Ｑｒよりも大きい場合は、ステップＳ５２２へ進み圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、その後ステップＳ５２５へ進む。
【００７０】
ステップＳ５２３では、空気流量Ｑ’’と要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑ’’と要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ５２５へ進み、空気流量Ｑ’’が要求流量Ｑｒよりも小さい場合は、ステップＳ５２４へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げ、その後ステップＳ５２５へ進む。
【００７１】
ステップＳ５２５では圧縮機１７の回転数Ｎ１を検出し、ステップＳ５２６へ進む。ステップＳ５２６では、ステップＳ５２５において検出した圧縮機１７の回転数Ｎ１から、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７空気流量テーブルを基に圧縮機１７の空気流量Ｑ１を検出する。そして、ステップＳ５２７ではステップＳ５２６で検出した空気流量Ｑ１を補正値Ｒｆによって補正した空気流量Ｑ’’を算出する。その後ステップＳ５０７へと戻り、上記制御を繰り返す。ここで、ステップＳ５２７からステップＳ５０７を経て、ステップＳ５０８へ進んだ場合、つまりシャット弁１３が開いている場合は、ステップＳ５０８において所定値Ｑｔｈ１と比較する空気流量はステップＳ５２７において検出した空気流量Ｑ’’を使用する。
【００７２】
本発明の第４実施形態の効果について説明する。
【００７３】
シャット弁１３が閉じている状態での流量計１８で検出する空気流量と圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７空気流量との比によって補正することで、シャット弁１３を開いた状態で燃料電池１１へ供給する空気流量を正確に制御することができる。また、Ｑｔｈ１に近いときの空気流量によって補正値を算出することで、より正確に補正することができる。
【００７４】
本発明の第５実施形態の構成を図６を用いて説明する。
【００７５】
第１実施形態と異なる箇所について説明する。
【００７６】
第５実施形態では、第１実施形態の構成に加え、空気流路１５からバイパス流路１４が分岐する箇所よりも上流側に大気圧を検出する大気圧センサ２０と、吸気温を検出する吸気温度センサ２１と、を設ける。
【００７７】
第５実施形態については図７のフローチャートを用いてコントローラ１２の制御を説明する。
【００７８】
まず、ステップＳ７０１において、シャット弁１３が閉じているかどうか判断する。シャット弁１３が閉じている場合はステップＳ７０３へ進み、シャット弁１３が閉じていない場合はステップＳ７０２へ進みシャット弁１３を閉じてからステップＳ７０３へ進む。ステップＳ７０２においてシャット弁１３が閉じられたので燃料電池１１へ供給する空気、つまり圧縮機１７へ送られる空気は全て流量計１８を通ることとなる。
【００７９】
ステップＳ７０３では、空気流路１５を通り圧縮機１７へ送られる空気流量Ｑを流量計１８によって検出する。その後ステップＳ７０４において圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、更にステップＳ７０５へ進む。
【００８０】
ステップＳ７０５では、大気圧センサ２０によって大気圧Ｐ１を検出する。そして、ステップＳ７０６へ進み、吸気温センサ２１によって吸気温Ｔ１を検出する。その後ステップＳ７０７へ進み、ステップＳ７０５で検出した大気圧Ｐ１と、ステップＳ７０６で検出した吸気温Ｔ１と、を用いて、Ｒａ＝（２７３．１５＋Ｔ）／（２７３．１５＋Ｔ１）×（１０１．３＋Ｐ１）／１０１．３の式で求められる補正値Ｒａ（第２補正値）を算出する。ここでＴは室温を示す。その後、ステップＳ７０８へ進み、燃料電池１１で要求される反応に必要な要求空気（酸素）量Ｑｒを検出する。その後ステップＳ７０９へ進む。
【００８１】
ステップＳ７０９では、シャット弁１３が閉じているときは、ステップＳ７０３で流量計１８によって検出した空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１とを比較する。また、シャット弁１３が開いているときは、後に記述するステップＳ７２５で検出する空気流量Ｑと所定値Ｑｔｈ１を比較する。空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１よりも小さい場合は、空気流路１５を流れている空気流量が少ないと判断し、ステップＳ７１０へ進む。また、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合は、空気流路１５を流れている空気流量Ｑが多いと判断し、ステップＳ７１７へ進む。ここでＱｔｈ１は、燃料電池１１の出力がアイドルと定格の間に設定されたときの空気流量であり、圧縮機１７の固体ばらつきが少なく、空気流路１５における圧損が少ない流量とすることが望ましい。
【００８２】
ステップＳ７１０ではシャット弁１３が閉じているかどうか判断する。閉じている場合はステップＳ７１２へ進み、閉じていない場合はステップＳ７１１へ進みシャット弁１３を閉じた後、ステップＳ７１２へ進む。ステップＳ７１２では、流量計１８によって空気流量Ｑを検出し、ステップＳ７１３へ進む。
【００８３】
ステップＳ７１３では、空気流量ＱとステップＳ７０８で検出した要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下の場合はステップＳ７１５へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合はステップＳ７１４へ進み、ステップＳ７０４で検出した圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、ステップＳ７０１へ戻り、上記制御を繰り返す。
【００８４】
ステップＳ７１５では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ７０１へ戻り、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも小さい場合はステップＳ７１６へ進み、圧縮機１７の回転数Ｎを上げた後にステップＳ７０１へ戻る。
【００８５】
ステップＳ７０９において、空気流量Ｑが所定値Ｑｔｈ１以上である場合はステップＳ７１７へ進み、シャット弁１３が開いているか判断する。シャット弁１３が開いている場合はステップＳ７１９へ進み、シャット弁１３開いていない場合はステップＳ７１８へ進み、シャット弁１３を開いた後にステップＳ７１９へ進む。シャット弁１３を開くことで空気流路１５を流れる空気は、流量計１８を迂回するバイパス流路１４へも流れるようになる。
【００８６】
ステップＳ７１９は、圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、その後ステップＳ７２０へ進む。ステップＳ７２０では、ステップＳ７１９において検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数Ｎに対する圧縮機１７空気流量テーブル（第１空気流量テーブル）を基に圧縮機１７の空気流量Ｑｎ、つまり燃料電池１１の酸素極へ供給している空気流量Ｑｎを検出する。その後ステップＳ７２１進む。
【００８７】
ステップＳ７２１では、ステップＳ７２０において検出した空気流量ＱｎをステップＳ７０７において算出された補正値Ｒａによって補正を行い、空気流量ＱをＱ＝Ｒａ×Ｑｎによって算出する。その後ステップＳ７２２へ進む。
【００８８】
ステップＳ７２２では、ステップＳ７２１で検出した空気流量ＱとステップＳ７０８で検出した要求空気量Ｑｒとを比較する。そして、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒ以下である場合はステップＳ７２４へ進み、空気流量Ｑが要求空気量Ｑｒよりも大きい場合は、ステップＳ７２３へ進み圧縮機１７の回転数Ｎを下げ、その後ステップＳ７２４へ進む。
【００８９】
ステップＳ７２４では、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒとを比較し、空気流量Ｑと要求空気量Ｑｒが等しい場合はステップＳ７２６へ進み、空気流量Ｑが要求流量Ｑｒよりも小さい場合は、ステップＳ７２５へ進み、圧縮機の回転数Ｎを上げ、その後ステップＳ７２６へ進む。
【００９０】
ステップＳ７２６では圧縮機１７の回転数Ｎを検出し、ステップＳ７２７へ進む。ステップＳ７２７では、ステップＳ７２６において検出した圧縮機１７の回転数Ｎから、予めコントローラ１２に設けた圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７の空気流量テーブルを基に圧縮機１７の空気流量Ｑｎを検出する。そして、ステップＳ７２８ではステップＳ７２３で検出した空気流量Ｑｎを補正値Ｒａによって補正した空気流量Ｑを算出する。その後ステップＳ７０５へと戻り、上記制御を繰り返す。ここで、ステップＳ７２８からステップＳ７０５を経て、ステップＳ７０９へ進んだ場合、つまりシャット弁１３が開いている場合は、ステップＳ７０９おいて所定値Ｑｔｈ１、または要求空気流量Ｑｒと比較する空気流量ＱはステップＳ７２５において検出した空気流量Ｑを使用する。
【００９１】
本発明の第５実施形態の効果について説明する。
【００９２】
バイパス流路１４が分岐する空気流路１５の上流に大気圧センサ２０と吸気温センサ２１とを設け、大気圧センサ２０と吸気温センサ２１とによって検出される大気圧と吸気温によって、シャット弁１３が開いた場合に圧縮機１７の回転数に対する圧縮機１７空気流量テーブルから検出される空気流量を補正することで、大気圧、気温が大きく変化しても燃料電池１１へ供給する空気流量を精度良く制御することができる。
【００９３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、燃料電池システムをはじめ、圧縮機によって空気を供給する分野において精度良く、かつ効率良く空気を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１から４実施形態の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態のコントローラのフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態のコントローラのフローチャートである。
【図４】本発明の第３実施形態のコントローラのフローチャートである。
【図５】本発明の第４実施形態のコントローラのフローチャートである。
【図６】本発明の第５実施形態の構成図である。
【図７】本発明の第５実施形態のコントローラのフローチャートである。
【図８】本発明の比較例の構成図である。
【符号の説明】
【００９６】
１１    燃料電池
１２    コントローラ
１３    シャット弁
１４    バイパス流路
１５    空気流路
１６    モータ
１７    圧縮機
１８    流量計
１９    インバータ
２０    大気圧センサ
２１    吸気温センサ
【図１】
2005044654.tif 000003
【図２】
2005044654.tif 000004
【図３】
2005044654.tif 000005
【図４】
2005044654.tif 000006
【図５】
2005044654.tif 000007
【図６】
2005044654.tif 000008
【図７】
2005044654.tif 000009
【図８】
2005044654.tif 000010