(57)【要約】【課題】  外部に排出する水分を抑制して、水収支を良好な状態に保持することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、水素ガス及び空気を用いて発電する燃料電池スタック１Ａに要求される出力に応じて、酸化剤ガス圧力及び燃料ガス圧力を制御して、燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する場合に、膜式加湿器４により、燃料電池スタック１Ａの空気出口から排出された排出空気に含まれる水分を、燃料電池スタック１Ａの空気入口に供給される圧縮空気に移動させる。このとき、排出空気温度を検出し、出力制限回路２１により、排出空気温度が高いほど、燃料電池スタック１Ａの最大出力を低くする出力制限を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に要求される出力に応じて前記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び燃料ガス圧力を制御して、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスに含まれる水分を、前記ガス供給手段により前記燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる加湿器と、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出手段と、
前記酸化剤ガス温度検出手段により検出された酸化剤ガス温度が高いほど、前記燃料電池の最大出力を低くする出力制限を行う出力制限手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記出力制限手段は、前記燃料電池の出力が高いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を低く設定し、前記燃料電池から排出される酸化剤ガス温度が前記上限温度を超えた場合に、前記燃料電池から排出される酸化剤ガス温度が前記上限温度以下となるように前記燃料電池の最大出力を制限す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】
水を貯蔵する水タンクを更に備え、
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気量を演算すると共に前記燃料電池の出力に基づく生成水量を演算し、演算した前記水蒸気量と前記生成水量との差分が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を高く設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池から排出された前記燃料ガスを含むガスを排出するパージ弁を更に備え、
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気量を演算して、当該水蒸気量を用いて前記パージ弁から排出される水量を演算し、演算した前記パージ弁から排出される水量が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を低く設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記出力制限手段は、前記加湿器によって、前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスから、前記燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる水回収量を演算し、当該水回収量が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を高く設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
水を貯蔵する水タンクと、
前記燃料電池から排出された前記燃料ガスを含むガスを排出するパージ弁とを更に備え、
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気量を演算して当該水蒸気量に基づく前記パージ弁から排出される水量と、前記加湿器によって前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスから前記燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる水回収量と、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気量と前記燃料電池の出力に基づく生成水量との差分であって前記水タンクに回収される凝縮水量とを演算し、前記パージ弁から排出される水量から、前記水回収量と前記凝縮水量とを加算した水量を減算した水量が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を低く設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の出力を用いて走行する車両に搭載される燃料電池システムであって、
車両の走行状態によって前記燃料電池の出力の制限が行えない場合に、前記燃料電池に供給する酸化剤ガスの圧力を高くするように前記ガス供給手段を制御す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８】
水を貯蔵する水タンクを更に備え、
前記出力制限手段は、前記水タンクに貯蔵されている水の水位が高いほど、前記燃料電池の最大出力を高く設定して出力制限を行う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９】
前記出力制限手段は、前記水タンクに貯蔵されている水の水位の減少速度が速いほど、前記燃料電池の最大出力を低く設定して出力制限を行うことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記出力制限手段は、車両の残り走行距離に基づいて前記水タンクの水位が所定値より低くなるか否かを予測し、前記水タンクの水位が所定値より低くならないと予測した場合には、前記水タンクの水位に基づいて設定した前記燃料電池の最大出力を高く変更することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記出力制限手段は、車両の残り走行時間に基づいて前記水タンクの水位が所定値より低くなるか否かを予測し、前記水タンクの水位が所定値より低くならないと予測した場合には、前記水タンクの水位に基づいて設定した前記燃料電池の最大出力を高く変更することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記出力制限手段は、車両が走行する道路状況に基づいて前記水タンクの水位が所定値より低くなるか否かを予測し、前記水タンクの水位が所定値より低くなると予測した場合には、前記水タンクの水位に基づいて設定した前記燃料電池の最大出力を低く変更することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記出力制限手段は、車両が走行する道路状況として勾配又は高度に基づいて前記水タンクの水位が所定値より低くなるか否かを予測し、前記水タンクの水位が所定値より低くなると予測した場合には、前記水タンクの水位に基づいて設定した前記燃料電池の最大出力を低く変更することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記出力制限手段は、車両が走行する道路の周囲温度又は周囲湿度に基づいて前記水タンクの水位が所定値より低くなるか否かを予測し、前記水タンクの水位が所定値より低くなると予測した場合には、前記水タンクの水位に基づいて設定した前記燃料電池の最大出力を低く変更することを特徴とする請求項８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、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池に供給して、当該燃料電池を発電させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下記の特許文献１に記載されているように、水透過型中空糸膜を備えた加湿器（ＷＲＤ（Water Recovery Device））を燃料電池のガス供給側配管及びガス排出側配管に設けた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載されたシステムでは、加湿器によって、燃料電池から排出される高湿潤状態のガスから燃料電池に向かう低湿潤状態のガスに水分を移動させて、燃料電池の加湿等を行っている。
【特許文献１】特開２００２−２１６８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術では、燃料電池の発電量が高くなって燃料電池の温度が上昇すると、燃料電池から排出される酸化剤ガスであるカソードオフガスに含まれる水蒸気量が増加して、当該カソードオフガスに含まれる水分を加湿器で回収しきれなくなってしまう。したがって、従来の技術では、カソードオフガスに含まれた状態で外部に捨てられる水分量が増加し、システム全体での水収支が悪化するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、外部に排出する水分を抑制して、水収支を良好な状態に保持することができ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】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池に要求される出力に応じて、ガス供給手段により、燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び燃料ガス圧力を制御して、燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する場合に、加湿器により、燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスに含まれる水分を、ガス供給手段により燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる。
【０００７】
このとき、本発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガス温度検出手段により燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスの温度を検出し、出力制限手段により、酸化剤ガス温度検出手段により検出された酸化剤ガス温度が高いほど、燃料電池の最大出力を低くする出力制限を行うことにより、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の排出酸化剤ガスの温度が高いほど燃料電池の最大出力を低くするように出力制限を行うので、燃料電池の発熱量を抑制して、燃料電池から加湿器に送られる水分を低減することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、加湿器を通過して外部に排出される水分を抑制することができ、水収支を良好な状態に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１実施形態〜第３実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る燃料電池システムに適用される。
【００１１】
［燃料電池システムの構成］
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池本体１を備える。この燃料電池本体１は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成された燃料電池スタック１Ａを有する。本例においては、燃料電池スタック１Ａが発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給すると共に、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。
【００１２】
また、この燃料電池本体１は、後述する純水タンク１３に貯蔵された水分を使用して燃料電池スタック１Ａに供給される空気を加湿すると共に、燃料電池スタック１Ａから排出される空気及び水素ガスに含まれる一部の水分を除去する機構を有し、純水タンク１３に凝縮水を送る気液分離器１Ｂ（ＰＳＳ）を備える。この燃料電池本体１は、燃料電池スタック１Ａと気液分離器１Ｂとが一体化されて構成されている。
【００１３】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１Ａの空気極に加湿した空気を供給する空気供給系、燃料電池スタック１Ａの水素極に水素ガスを供給する水素供給系、燃料電池スタック１Ａに供給する空気を加湿するための純水循環系を備える。このような燃料電池システムは、後述する各部の状態が出力制御回路２１に読み込まれ、出力制御回路２１及び車両コントローラ２２によって制御される。
【００１４】
空気供給系は、燃料電池本体１の空気入口１ａに接続された空気供給配管Ｌ１にコンプレッサ２、アフタークーラ３及び膜式加湿器（ＷＲＤ）４が設けられ、燃料電池本体１の空気出口１ｂに接続された空気排出配管Ｌ２に膜式加湿器４が設けられ、外部排出配管Ｌ３に空気圧力調整弁５及びアクチュエータ６が設けられて構成されている。膜式加湿器４は、燃料電池本体１から排出された排出空気に含まれる水分を回収し、当該回収した水分を燃料電池スタック１Ａに供給する圧縮空気に移動させる。これにより、膜式加湿器４は、燃料電池スタック１Ａに供給する圧縮空気の湿度を高くする。
【００１５】
このような空気供給系において、空気は、大気がコンプレッサ２により加圧され、アフタークーラ３で冷却された後に、膜式加湿器４の圧縮空気入口４ａに導入される。そして、圧縮空気入口４ａに導入された空気は、水分によって加湿された後に圧縮空気出口４ｂから排出されて気液分離器１Ｂに送られる。
【００１６】
気液分離器１Ｂは、圧縮空気が供給されると共に、純水供給系を構成する純水循環配管を介して純水タンク１３から純水が循環される。この気液分離器１Ｂは、圧縮空気が供給されると、純水タンク１３からの純水によって圧縮空気を加湿して更に湿度を高くして燃料電池スタック１Ａに供給する。
【００１７】
そして、燃料電池スタック１Ａに供給された圧縮空気は、酸素が発電反応に使用され、燃料電池スタック１Ａでの発熱によって温度が上昇されて飽和水蒸気量が上昇すると共に、更に湿度が上昇された排出空気として気液分離器１Ｂに送られる。そして、排出空気は、気液分離器１Ｂで冷却されることによって温度が低下して飽和水蒸気量が低下する。これにより、気液分離器１Ｂは、排出空気に含まれる一部の水分が凝縮することにより発生した凝縮水を純水循環配管を介して純水タンク１３に回収する。
【００１８】
このように一部の水分が除去された排出空気は、空気出口１ｂ及び空気排出配管Ｌ２を介して膜式加湿器４の排出空気入口４ｃに導入され、膜式加湿器４内で残存した水分が回収されて膜式加湿器４ｄから外部排出配管Ｌ３に排出され、空気圧力調整弁５を介して外部に排出される。
【００１９】
水素供給系は、燃料電池本体１の水素入口１ｃに接続された水素供給配管Ｌ４に水素タンク７、水素ヒータ８及びエゼクタ９が設けられ、燃料電池本体１の水素出口１ｄに接続された水素循環配管Ｌ５にセパレータタンク１０及びエゼクタ９が設けられ、水素ガスを放出するガス排出配管Ｌ６にセパレータタンク１０、パージ弁１１及びアクチュエータ１２が設けられて構成されている。
【００２０】
このような水素供給系において、水素ガスは、水素タンク７に貯蔵された状態から水素出口７ａを介して、水素ヒータ８の水素入口８ａに導入され、水素ヒータ８で燃料電池スタック１Ａでの発電に適した温度とされて、水素出口８ｂから排出されて、エゼクタ９に供給される。このエゼクタ９は、通常、水素ヒータ８からの水素ガスと、燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄからのガスとを混合して、燃料電池スタック１Ａの水素入口１ｃに供給する。ここで、燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄから排出されるガスには、水素のみならず、窒素や水蒸気が含まれる。したがって、この水素供給系は、水素ヒータ８を通過した乾燥状態の水素ガスと、燃料電池スタック１Ａを通過して湿潤状態となっているガスとを混合して、加湿した水素ガスを燃料電池スタック１Ａに供給する。
【００２１】
そして、燃料電池スタック１Ａに供給された水素ガスは、水素が発電反応に使用され、燃料電池スタック１Ａでの発熱によって温度が上昇されて飽和水蒸気量が上昇すると共に、更に湿度が上昇されて気液分離器１Ｂに送られる。そして、水素ガスは、気液分離器１Ｂで冷却されることによって温度が低下して飽和水蒸気量が低下する。これにより、気液分離器１Ｂは、水素ガスに含まれる一部の水分が凝縮することにより発生した凝縮水を純水循環配管を介して純水タンク１３に回収させる。
【００２２】
このように気液分離器１Ｂを通過した水素ガスは、燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄから排出されて、セパレータタンク１０の水素入口１０ａに送られる。セパレータタンク１０は、水素出口１ｄから送られた水素ガスを冷却することによって凝縮水を発生させて、水素ガスに含まれる一部の水分を回収して、循環ガスとして水素出口１０ｂからエゼクタ９に送る。
【００２３】
また、この水素供給系は、燃料電池スタック１Ａに循環させるガスに水素以外の窒素や水蒸気等の不純物が蓄積した場合などに、パージ弁１１を開状態にするようにアクチュエータ１２が制御される。これにより、水素供給系は、燃料電池スタック１Ａに循環させているガスをセパレータタンク１０及びパージ弁１１を介して燃焼器やファン等に供給して、外部に排出する。
【００２４】
更に、純水循環系は、図示しない純水ポンプ等を備え、当該純水ポンプを駆動することにより、純水タンク１３に貯蔵した純水を気液分離器１Ｂの純水入口１ｅに導入して純水を気液分離器１Ｂに循環させたり、気液分離器１Ｂで燃料電池スタック１Ａを通過した空気や水素ガスから除去した凝縮水を純水出口１ｆから純水タンク１３に回収する。
【００２５】
このような燃料電池システムは、気液分離器１Ｂ及び膜式加湿器４で十分に空気及び水素ガスに含まれる水分を回収することにより、空気圧力調整弁５を介して外部に破棄する水分を抑制してシステム全体での水収支を良好なものとするために、燃料電池スタック１Ａの最大出力値を制限する出力制限処理を出力制御回路２１により実行する。なお、出力制御回路２１は、この出力制限処理を実行する処理手順を記述したプログラムを内部ＲＯＭ（Read Only Memory）等に記憶しておき、当該プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）等により実行する。
【００２６】
このように出力制限処理を行うため、燃料電池システムは、出力制御回路２１により各部の状態を検出するための各種センサを備える。具体的には、燃料電池システムは、気液分離器１Ｂと膜式加湿器４とを接続する空気排出配管Ｌ２に設けられた空気圧力センサ３１及び空気温度センサ３２、燃料電池スタック１Ａとセパレータタンク１０とを接続する水素循環配管Ｌ５に設けられた水素温度センサ３３、純水タンク１３内に設けられた水位レベルセンサ３４、燃料電池本体１の発電量（出力）を検出する出力センサ３５を備え、出力制御回路２１により各種センサ信号を読み込む処理を行う。なお、この出力制限処理の詳細な内容については後述する。
【００２７】
［出力制限処理］
つぎに、上述したように構成された燃料電池システムにおいて、出力制御回路２１によりシステム全体での水収支を良好なものとするために燃料電池スタック１Ａの最大出力を制限する出力制限処理の処理手順を図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
この出力制限処理は、燃料電池スタック１Ａに要求される発電量に応じて最大出力を設定し、空気圧力及び空気流量、水素圧力及び水素流量を調整して、空気及び水素ガスを燃料電池スタック１Ａに供給して発電反応を行わせている場合に、例えば所定期間ごとに実行される。
【００２９】
先ず、ステップＳ１においては、出力制御回路２１により、空気温度センサ３２からのセンサ信号及び出力センサ３５からのセンサ信号を読み込んで、燃料電池本体１の排出空気温度及び燃料電池本体１の出力値を検出する。
【００３０】
次のステップＳ２においては、出力制御回路２１により、ステップＳ１にて検出した空気温度が、ステップＳ１にて検出した燃料電池本体１の出力値に応じて変化する水収支成立上限温度よりも高いか否かを判定する。この時、出力制御回路２１は、図３に示すような燃料電池スタック１Ａの出力と水収支成立上限温度との関係を記述した出力制限テーブルを参照する。
【００３１】
この水収支成立上限温度は、燃料電池スタック１Ａの出力値、すなわち燃料電池スタック１Ａでの発電量に応じた発熱量によって変化するものである。すなわち、この水収支成立上限温度は、膜式加湿器４から空気圧力調整弁５を介して外部に放出する水分を抑制した状態で、空気圧力調整弁５から排出されている水分が少なく水収支がプラスとなる状態と、空気圧力調整弁５から排出されている水分が多く水収支がマイナスとなる状態との間の空気温度が実験等によって予め求められている。
【００３２】
これにより、出力制御回路２１は、現在の燃料電池本体１の出力値に応じた水収支成立上限温度を求め、現在の空気温度が水収支成立上限温度よりも高くないと判定した場合には、水収支がプラスとなって、排出する純水が多くなく水収支が成立すると判定してステップＳ１に処理を戻す。一方、出力制御回路２１は、現在の空気温度が水収支成立上限温度よりも高いと判定した場合には、排出する純水が多く水収支がマイナスとなってシステム全体で純水が不足する可能性があると判定してステップＳ３に処理を進める。
【００３３】
ステップＳ３においては、出力制御回路２１により、空気温度センサ３２により検出される燃料電池本体１の排出空気の温度が、水収支成立上限温度よりも低くなるように燃料電池本体１の最大出力を制限する。
【００３４】
このとき、出力制御回路２１では、車両コントローラ２２により空気圧力調整弁５の開度を低くして燃料電池スタック１Ａ内の空気圧力や空気流量を低下させる処理や、パージ弁１１を開状態にして燃料電池スタック１Ａ内の水素圧力や水素流量を制限する処理を行う。これにより、出力制御回路２１では、燃料電池本体１の最大出力を低下させることにより、燃料電池スタック１Ａの温度を低下させて、燃料電池本体１の排出空気の温度を低下させる。
【００３５】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池本体１の排出空気の温度が高いほど燃料電池スタック１Ａの最大出力値を低くするように出力制限を行うので、燃料電池スタック１Ａの発熱量を抑制して、燃料電池スタック１Ａから気液分離器１Ｂに送られる水分を低減することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、膜式加湿器４を通過して、外部に排出される水分を抑制することができ、純水タンク１３の貯蔵されている純水の消費量を多くすることなく、水収支の悪化を抑制することができる。また、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１Ａの最大出力を制限することによって、燃料電池スタック１Ａの発電反応によって発生する生成水量を低減することができる。
【００３６】
ここで、上述した燃料電池システムは、燃料電池スタック１Ａに要求される出力値によって空気圧力及び空気流量を一義的に制御して燃料電池スタック１Ａの出力値を制御しているが、燃料電池スタック１Ａの出力値に対して水収支が成立する空気温度の範囲が一義的に決定されることを利用して、システム全体での水収支を確実に成立させることができる。
【００３７】
これに対し、ＬＬＣ等の冷却媒体温度等により燃料電池スタックの最大出力の制限を行う場合には、燃料電池スタックから排出される空気温度と冷却媒体温度との間のずれの影響を考慮に入れる必要があり、燃料電池スタックの出力制限を実行する場合の冷却媒体温度の余裕代を設ける必要がある。したがって、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池本体１の排出空気温度を直接測定して、燃料電池スタック１Ａの最大出力の制限を行うことができるので、最大出力の制限を開始する空気温度の余裕代を最小限とする水収支成立上限温度と現在の空気温度とを比較して、出力制限を精度良く且つ必要最小限とすることができる。
【００３８】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。また、第２実施形態に係る燃料電池システムは、その構成が第１実施形態と同様であるので、当該説明も省略するものとする。
【００３９】
第２実施形態に係る燃料電池システムは、出力制限処理において、図４及び図６に示すような処理を行うことにより、燃料電池本体１の排出空気温度のみならず、システム全体において水収支に関連する他のパラメータを使用して、燃料電池スタック１Ａの最大出力の制限を実行する点で、第１実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。
【００４０】
この出力制限処理は、燃料電池スタック１Ａで発電を行わせている時に、例えば所定期間毎に行い、先ず、出力制御回路２１は、図４に示すステップＳ１１において、空気温度センサ３２からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池本体１の排出空気温度を検出し、ステップＳ１２において、空気圧力センサ３１からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池本体１の排出空気圧力を検出する。
【００４１】
次のステップＳ１３においては、出力制御回路２１により、ステップＳ１１及びステップＳ１２にて検出した空気圧力及び空気温度を用いて、燃料電池本体１の排出空気に含まれる水蒸気量を演算する。このとき、出力制御回路２１は、排出空気温度に基づいて飽和水蒸気量を求め、当該飽和水蒸気量の範囲内で空気圧力に基づく水蒸気分圧を求めることで、空気に含まれる水蒸気量を演算する。また、出力制御回路２１は、出力センサ３５からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池スタック１Ａの発電量（電流値）を検出し、当該電流値に対応する燃料電池スタック１Ａの生成水量を演算する。そして、出力制御回路２１は、燃料電池スタック１Ａ内の生成水量から、空気と共に排出される水蒸気量を減算して得た差分の水分量を、気液分離器１Ｂによって純水タンク１３に回収される水回収水量Ａ（＝タンク回収量Ａ）とする。
【００４２】
次のステップＳ１４においては、出力制御回路２１により、例えばコンプレッサ２の回転数に基づく燃料電池本体１に供給している空気流量から、予め用意しておいた図５に示すようなマップデータを参照して、膜式加湿器４での水回収量Ｂ（＝ＷＲＤ回収量Ｂ）を求める。ここで、図５に示すマップデータは、膜式加湿器４に供給される空気流量の増加に伴って、直線的に膜式加湿器４の水回収量が増加するデータが設定されており、燃料電池システムの設計時に実験等によって求められている。
【００４３】
次のステップＳ１５においては、出力制御回路２１により、水素温度センサ３３からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄから排出されるガス温度を検出する。
【００４４】
次のステップＳ１６においては、出力制御回路２１により、ステップＳ１５にて検出した水素ガス温度を用いて燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄから排出されるガスに含まれる水蒸気量を演算し、前回のパージ弁１１を開状態とした時刻からの経過時間から、燃料電池スタック１Ａの水素出口１ｄから排出されるガスの水素及び演算した水蒸気以外のガス濃度を求める。ここで、水素以外のガス濃度を求める場合、出力制御回路２１は、予め実験等により求めておいたパージ後の経過時間に応じた水素以外のガスの蓄積度合いを示すデータを用いる。そして、出力制御回路２１は、水素以外のガス濃度の蓄積量の変化によって、次回にパージ弁１１を開状態として水素以外のガスを排出するタイミング及びパージ弁１１を開状態とする時間、すなわちガス排出時間を求め、当該排出時間及び演算した水蒸気量から、パージ弁１１から排出される水量（＝排出水量Ｃ）を演算する。
【００４５】
次に、出力制御回路２１は、図６に示す出力制限判定処理に移行する。この出力制限処理は、先ずステップＳ２１において、出力制御回路２１により、水位レベルセンサ３４からのセンサ信号を読み込むことにより現在の純水タンク１３の水位を検出し、当該水位が予め設定した規定値以上であるか否かを判定する。そして、出力制御回路２１は、水位が規定値以上であると判定した場合には、空気圧力調整弁５を介して排出される水量が多く水収支が成立していない状態であっても燃料電池スタック１Ａの出力制限を行わずに処理を終了する。一方、出力制御回路２１は、水位が規定値以上ではなく純水タンク１３に蓄積している純水量が少ないと判定した場合には、水収支によって出力制限を行うためにステップＳ２２に処理を進める。
【００４６】
ステップＳ２２においては、出力制御回路２１により、車両コントローラ２２により検出している燃料電池システムが搭載された車両の走行状態から、燃料電池スタック１Ａの出力制限が可能であるか否かを判定する。そして、出力制御回路２１は、出力制限が可能であると判定した場合にはステップＳ２３に処理を進め、出力制限が不可能であると判定した場合にはステップＳ２４に処理を進める。
【００４７】
ステップＳ２４においては、出力制御回路２１により、水収支を成立させる排空気の圧力を求め、ステップＳ２５においては、求めた水収支を成立させる排空気の圧力となるように空気圧力調整弁５の開度を調整して、処理を終了する。ここで、出力制御回路２１は、ステップＳ２４において、現在の空気圧力よりも高くするように空気圧力調整弁５を制御する。これにより、出力制御回路２１は、空気圧力調整弁５から排出される空気流量を少なくすることにより排出空気と共に排出される水蒸気量を少なくして、純水タンク１３内の純水が少なくなることを抑制する。
【００４８】
一方、出力制御回路２１は、ステップＳ２２において出力制限が可能であると判定した場合のステップＳ２３において、ステップＳ１６で演算した排出水量Ｃが、ステップＳ１３で演算したタンク回収量ＡとステップＳ１４で演算したＷＲＤ回収量Ｂとを加算した合計水量を上回るか否かを判定することにより、排出される純水量が回収する純水量よりも多く水収支が成立しない状態であるか否かを判定する。そして、出力制御回路２１は、水収支が成立しない状態であると判定した場合にはステップＳ２６に処理を進め、水収支が成立しない状態ではないと判定した場合にはステップＳ２７に処理を進める。
【００４９】
ステップＳ２７においては、出力制御回路２１により、純水タンク１３の水位が規定値を越えるまで回復するための出力制限を行うために、燃料電池本体１の排出空気の温度を演算する。このとき、出力制御回路２１は、図７に示すように、ステップＳ２３での判定結果ごとに用意された、燃料電池スタック１Ａの出力値に応じた、燃料電池本体１の排出空気温度の上限値を示す出力制限テーブルを参照する。そして、出力制御回路２１は、出力センサ３５から現在の出力値を検出し、当該出力値及びステップＳ２３での判定結果（Ｃ＜Ａ＋Ｂ）から、空気温度の上限値を求める。
【００５０】
一方、ステップＳ２６においては、水収支を成立させるための出力制限を行うために、燃料電池本体１の排出空気温度を演算する。このとき、出力制御回路２１は、出力センサ３５から現在の出力値を検出し、図７に示すような出力制限テーブルを参照して、出力値及びステップＳ２３での判定結果（Ｃ＞Ａ＋Ｂ）応じた、空気温度の上限値を求める。
【００５１】
更に、出力制御回路２１は、ステップＳ２６及びステップＳ２７において、図７に示すような出力制限テーブルを使用せずに、タンク回収量Ａが多く、Ｃ＜Ａ＋Ｂとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を高く設定しても良く、ＷＲＤ回収量Ｂが多く、Ｃ＜Ａ＋Ｂとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を高く設定しても良く、排出水量Ｃが多く、Ｃ＞Ａ＋Ｂとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を低く設定しても良い。
【００５２】
更にまた、出力制御回路２１は、ステップＳ２６において、排出水量Ｃから、タンク回収量ＡとＷＲＤ回収量Ｂとを加算した合計回収量を減算した水量が大きいほど、空気温度の上限値を低く設定しても良い。
【００５３】
これにより、出力制御回路２１は、図８に示すように、現在の空気温度がＴ１且つ現在の燃料電池スタック１Ａの出力値がＰ１であって、ステップＳ２３で水収支がマイナスであると判定された場合では、図７の「Ｃ＞Ａ＋Ｂ」なる特性の上限温度となるような燃料電池スタック１Ａの出力値のＰ２とすることにより、空気温度を現在の空気温度Ｔ１より低い上限温度のＴ２とする。これにより、出力制御回路２１は、外部に排出される水分を少なくして、水収支がプラスとなるような燃料電池スタック１Ａの最大出力を設定する。
【００５４】
このように、ステップＳ２３での判定によって水収支が成立しない状態であると判定した場合には、水収支が成立する場合にステップＳ２７で求めた空気温度の上限値よりも、低い空気温度の上限値を設定することにより、出力制限の度合いを大きくする。
【００５５】
次のステップＳ２８においては、出力制御回路２１により、現在の燃料電池本体１の排出空気温度が、ステップＳ２６又はステップＳ２７で演算した空気温度の上限値を越えているか否かを判定し、越えている場合には演算した空気温度の上限値となるように、燃料電池スタック１Ａの最大出力の制限を行う。すなわち、出力制御回路２１は、空気温度を低くするように燃料電池スタック１Ａの発熱量を低下させることにより、多くの水蒸気が含まれていたガスから凝縮水を取り出して、気液分離器１Ｂの純水回収量と膜式加湿器４の純水回収量との合計量を、パージ弁１１からの排出量と略同量とする。
【００５６】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、図７に示すような出力制限テーブルを使用して、燃料電池スタック１Ａの出力が高いほど、燃料電池本体１の排出空気の上限温度を低く設定し、排出空気の温度が上限温度を超えた場合に、燃料電池スタック１Ａの最大出力を制限するので、確実に燃料電池スタック１Ａの生成水の低減及び燃料電池スタック１Ａの発熱量の抑制を行うことができ、外部に排出される水分を少なくして水収支を成立させることができる。
【００５７】
したがって、この燃料電池システムによれば、排出空気の温度のみを判定して出力制限を行う場合に比べて、より正確に必要最小限の出力制限を行うことができ、出力制限と出力制限余裕代を低減することができ、出力制限を行うことによる例えば車両走行に与える影響を低減することができる。
【００５８】
また、この燃料電池システムによれば、燃料電池本体１の排出空気に含まれる水蒸気量を演算すると共に燃料電池スタック１Ａの出力に基づく生成水量を演算し、演算した水蒸気量と生成水量との差分が多いほど、排出空気の上限温度を高く設定するので、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
【００５９】
更に、この燃料電池システムによれば、燃料電池本体１から排出される水素ガスに含まれる水蒸気量を演算して、当該水蒸気量を用いてパージ弁１１から排出される水量を演算し、演算したパージ弁１１から排出される水量が多いほど、排出空気の上限温度を低く設定するので、排出空気温度のみを判定して出力制限を行う場合と比較して、更に確実に水収支が成立しているかの判定を行うことができ、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
【００６０】
更にまた、この燃料電池システムによれば、膜式加湿器４の水回収量を演算し、当該水回収量が多いほど、燃料電池本体１の排出空気の上限温度を高く設定するので、排出空気温度のみを判定して出力制限を行う場合と比較して、更に確実に水収支が成立しているかの判定を行うことができ、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
【００６１】
更にまた、この燃料電池システムによれば、パージ弁１１から排出される排出水量Ｃから、ＷＲＤ回収量Ｂとタンク回収量Ａとを加算した水量を減算した水量が多いほど、燃料電池本体１の排出空気の上限温度を低く設定するので、システム全体での水排出量と水回収量とに基づいて水収支が成立しているかを判定することができる。また、この燃料電池システムによれば、水収支が成立している場合には、純水タンク１３の水位を規定値以上に回復するために出力制限を行って、常に純水を規定値以上に保つことができる一方、水収支が成立していない場合には、水収支が成立している場合よりも出力制限を厳しくして、早急に水収支を回復させることができる。
【００６２】
更にまた、この燃料電池システムによれば、タンク回収量Ａを求めて排出空気温度の上限値を変更して、燃料電池スタック１Ａの出力制限を行うので、純水タンク１３に回収可能な凝縮水量を正確に把握し、燃料電池本体１の出力制限を行うことによる出力低下代を最小限に制御して、水収支を成立させることができる。
【００６３】
更にまた、この燃料電池システムによれば、図７に示したように、排出水量Ｃと、気液分離器１Ｂ及び膜式加湿器４での水回収量とを等しくするように出力制限テーブルを変更して出力制限を行うことができる。
【００６４】
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両の走行状態によって燃料電池スタック１Ａの出力制限が行えない場合に、燃料電池本体１に供給する空気圧力を高くするので、車両走行状態に応じて最大出力の制限を抑制することができ、車両運転性の悪化を最小限とすると共に、空気圧力を上げることにより水収支の悪化を抑制することができる。具体的には、車両コントローラ２２により車両が登坂走行等の高負荷走行をしていることが検出され、例えば車両コントローラ２２から出力制御回路２１に出力制限を禁止する出力制限解除信号が送信され、出力制御回路２１による出力制限が行えない場合には、出力制限回路２１により運転圧力を増加させることで、出力制限が出来ない運転状況でも、水収支を成立させることができる。
【００６５】
更にまた、この燃料電池システムによれば、純水タンク１３の水位が高いほど、燃料電池スタック１Ａの最大出力を高くする出力制限を行うので、純水タンク１３の水位が高い場合には水収支が多少悪化しても純水の枯渇が発生することを利用して、燃料電池スタック１Ａに要求される出力を極力実現することができ、更には、純水タンク１３の水位が規定値より低くなるまでの期間に出力制限を行う必要が無く、出力制限の頻度を抑制することができる。
【００６６】
［第３実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６７】
この第３実施形態に係る燃料電池システムは、概略構成を図９に示すように、車両に搭載されたナビゲーション装置４１を備え、当該ナビゲーション装置４１からの情報に基づいて、燃料電池スタック１Ａの出力値を出力制御回路４２によって制御する点で、上述した燃料電池システムとは異なる。このような燃料電池システムは、車両が走行している時に、ナビゲーション装置４１で得た情報を出力制御回路４２に送信して燃料電池スタック１Ａの出力制限を行う。
【００６８】
この燃料電池システムにおいて、ナビゲーション装置４１は、ナビゲーション情報として、車両が現在位置から目的地に到着するまでの今後の走行距離及び走行時間、道路状況、道路勾配、高度、周囲温度、周囲湿度を取得して、出力制御回路４２に送信する。
【００６９】
この出力制限処理は、図１０に示すように、ステップＳ３１において、出力制御回路４２により、先ず空気温度センサ３２からのセンサ信号及び水位レベルセンサ３４からのセンサ信号を読み込むことにより、燃料電池本体１の排出空気温度及び純水タンク１３の水位を検出する。そして、出力制御回路４２は、前回に検出した純水タンク１３の水位と現在の純水タンク１３の水位とを比較して、純水の増減を判定し、増加していると判定した場合にはステップＳ３２に処理を進め、減少していると判定した場合にはステップＳ３３に処理を進める。
【００７０】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ３２において、例えば図７で説明したように、出力制限による燃料電池スタック１Ａの出力低下代を小さくすることにより、出力制限を緩くする出力制限テーブルを設定し、ステップＳ３３において、出力制限による燃料電池スタック１Ａの出力低下代を大きくすることにより、出力制限を厳しくする出力制限テーブルを設定する。これにより、純水タンク１３の水位に応じて、燃料電池本体１の排出空気温度に応じた最大出力を示す出力制限テーブルに変更することで、燃料電池スタック１Ａの出力変動を減少させると共に、燃料電池システム内の純水の枯渇を防ぐ。
【００７１】
具体的に説明すると、出力制御回路４２は、初期状態では図１１に示すような燃料電池スタック１Ａの最大出力特性ａに従って、純水タンク１３の水位に基づく出力制限を行う。すなわち、出力制御回路４２は、限界水位から高くなって規定値に近づくに従って、燃料電池スタック１Ａの最大出力を定格出力以下となる範囲で次第に高くし、水位が規定値である場合には燃料電池スタック１Ａの最大出力を定格出力以上とする。
【００７２】
これに対し、ステップＳ３１で水位が増加していると判定した場合には、ステップＳ３２において、図１２に示すように、水位が規定値よりも低くても燃料電池スタック１Ａの最大出力を定格出力以上とする最大出力特性ｂ、又は、限界水位での燃料電池スタック１Ａの最大出力を最大出力特性ａよりも高くする最大出力特性ｃとすることにより、出力制限を緩やかにする。また、ステップＳ３１で水位が減少していると判定した場合には、ステップＳ３３において、図１３に示すように、水位が規定値よりも高くても燃料電池スタック１Ａの最大出力を定格出力より低くする最大出力特性ｄとすることにより、出力制限を厳しくする。
【００７３】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ３４においてナビゲーション装置４１からナビゲーション情報を取得し、以降のステップＳ３５〜ステップＳ５０において、ステップＳ３２で最大出力特性ｂ又は最大出力特性ｃ、或いはステップＳ３３で設定した最大出力特性ｄを変更することにより、出力制限テーブルを変更する処理に移行する。
【００７４】
先ずステップＳ３５において、出力制御回路４２は、車両が目的地に到着するまでの走行距離が所定値以上か否かを判定することにより残り走行距離が長いか否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、残り走行距離が長いと判定した場合にはステップＳ３７に処理を進め、残り走行距離が長くないと判定した場合には、ステップＳ３６において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。すなわち、出力制御回路４２は、現在の最大出力特性が例えば最大出力特性ｄである場合には、最大出力特性ａ〜ｃの何れかの最大出力特性となるように出力制限テーブルを変更する。これにより、残り走行距離が短い場合には、純水タンク１３の水位が低くても、走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。
【００７５】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ３７において、車両が目的地に到着するまでの走行時間が所定値以上か否かを判定することにより残り走行時間が長いか否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、残り走行時間が長いと判定した場合にはステップＳ３９に処理を進め、残り走行時間が長くないと判定した場合には、ステップＳ３８において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、残り走行時間が短い場合には、純水タンク１３の水位が低くても走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。
【００７６】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ３９において、車両が目的地に到着するために走行する道路状況に渋滞が発生しているか否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、渋滞が発生してないと判定した場合にはステップＳ４１に処理を進め、渋滞が発生していると判定した場合には、ステップＳ４０において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。すなわち、出力制御回路４２は、現在の最大出力特性が例えば最大出力特性ｂである場合には、最大出力特性ａ又は最大出力特性ｄの何れかの最大出力特性となるように出力制限テーブルを変更する。これにより、残り走行距離が短い場合には、純水タンク１３の水位が低くても、走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。これにより、渋滞が発生している場合には燃料電池スタック１Ａに要求される出力変動が頻繁に起きて、純水が枯渇することによる水収支の悪化を防止する。
【００７７】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ４１において、車両が目的地に到着するために走行する道路に急勾配が存在するか否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、急勾配が存在しないと判定した場合にはステップＳ４３に処理を進め、急勾配が存在すると判定した場合には、ステップＳ４２において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。これにより、急勾配が存在する場合には燃料電池スタック１Ａに要求される出力が増加すると共に、車両速度の変動が頻繁に起きて、純水が枯渇することによる水収支の悪化を防止する。
【００７８】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ４３において、車両が目的地に到着するために走行する道路が高地であるか否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、高地ではないと判定した場合にはステップＳ４５に処理を進め、高地であると判定した場合には、ステップＳ４４において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。これにより、高地を走行する場合には空気濃度が低くシステム全体の電力使用効率が低下することによる熱収支及び水収支の悪化を防止する。
【００７９】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ４５において、車両が目的地に到着するために走行する周囲温度が高いか否か否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くならないか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、周囲温度が高くないと判定した場合にはステップＳ４７に処理を進めて出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更し、周囲温度が高いと判定した場合にはステップＳ４６において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、周囲温度が高い場合には熱収支及び水収支の悪化が予想されることに対応し、周囲温度が低い場合には熱収支及び水収支に余裕がでることに対応する。
【００８０】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ４８において、車両が目的地に到着するために走行する周囲湿度が高いか否か否かを判定することで、純水タンク１３の水位が規定値よりも低くならないか否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、周囲湿度が高くないと判定した場合にはステップＳ５０に処理を進めて出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更し、周囲湿度が高いと判定した場合にはステップＳ４９において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、周囲湿度が高い場合には熱収支及び水収支の悪化が予想されることに対応し、周囲湿度が低い場合には熱収支及び水収支に余裕がでることに対応する。
【００８１】
次に、出力制御回路４２は、ステップＳ５１において、ステップＳ３１〜ステップＳ５０の処理を行うことにより設定した出力制限テーブルを用いて現在の燃料電池スタック１Ａの出力に応じた排出空気の上限温度を求め、現在の燃料電池本体１の排出空気温度が上限温度以上か否かを判定する。そして、出力制御回路４２は、現在の排出空気温度が上限温度以上ではないと判定した場合には出力制限を行う必要がないので処理を終了し、現在の排出空気温度が上限温度以上であると判定した場合には、ステップＳ５２において、排出空気温度を上限温度とするように燃料電池スタック１Ａの出力制限を行って処理を終了する。
【００８２】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムによれば、車両の残り走行距離に基づいて純水タンク１３の水位が所定値より低くなるか否かを予測し、純水タンク１３の水位が所定値より低くならないと予測した場合には純水タンク１３の水位に基づいて設定した燃料電池スタック１Ａの最大出力を高く変更するので、残り走行距離が短い場合には出力制限を緩く変更して、燃料電池スタック１Ａに要求される出力を発電させることができる。また、この燃料電池システムによれば、今後の走行距離が長い場合であっても、以降において水収支が悪化しても純水が不足することを抑制することができる。
【００８３】
また、この燃料電池システムによれば、車両の残り走行時間に基づいて純水タンク１３の水位が所定値より低くならないと予測した場合には、純水タンク１３の水位に基づいて設定した燃料電池スタック１Ａの最大出力を高く変更するので、残り走行時間が短い場合には出力制限を緩く変更して、燃料電池スタック１Ａに要求される出力を発電させることができる。
【００８４】
更に、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路状況から渋滞が予想される場合には、純水タンク１３の水位に基づいて設定した燃料電池スタック１Ａの最大出力を低く変更するので、出力制限を厳しく変更することにより、渋滞している道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、アイドリング運転を行うことによって純水の水位が低くなることに備えて、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
【００８５】
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の勾配に基づいて純水タンク１３の水位が所定値より低くなると予測した場合には、純水タンク１３の水位に基づいて設定した燃料電池スタック１Ａの最大出力を低く変更するので、今後に勾配道路を走行した時の燃料電池スタック１Ａの出力及び車速、ラジエタへの風量から水収支が悪化すると予測される場合に、出力制限を厳しく変更することにより、勾配道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。したがって、この燃料電池システムによれば、純水が枯渇したことによって燃料電池スタック１Ａの出力が低下して、登板道路の走行中に車速が低下してしまうことを防止することができる。
【００８６】
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の高度に基づいて純水タンク１３の水位が所定値より低くなると予測した場合には、純水タンク１３の水位に基づいて設定した燃料電池スタック１Ａの最大出力を低く変更するので、高度によって必要とされるコンプレッサ２の消費電力及び電力使用効率を予測して、電力使用効率が下がることにより熱水収支悪化が予測される場合に、出力制限を厳しく変更することにより、高度が高い道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
【００８７】
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の周囲温度から熱水収支の悪化が予測される場合は、出力制限を厳しく変更することにより、低温地帯を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
【００８８】
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の周囲湿度から熱水収支の悪化が予測される場合は、出力制限を厳しく変更することにより、低湿地帯を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
【００８９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの出力制限処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池スタックの出力と水収支成立上限温度との関係を記述した出力制限テーブルを参照する。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムの出力制限処理において、出力制限を行うためのパラメータを演算する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池本体の排出空気流量と、膜式加湿器の水回収量との関係を示す図である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムの出力制限処理における出力制限判定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】燃料電池スタックの出力値に応じた、燃料電池本体の排出空気温度の上限値との関係を、パージ弁からの排出水量と、タンク回収量とＷＲＤ回収量との加算水量との大小関係ごとに示す図である。
【図８】水収支をマイナスからプラスとする場合における燃料電池本体の排出空気温度と、燃料電池スタックの出力値との関係を示す図である。
【図９】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムの出力制限処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】出力制限処理の初期状態における純水タンクの水位と、燃料電池スタックの最大出力との関係を示す図である。
【図１２】出力制限を緩くする場合における燃料電池スタックの最大出力との関係を示す図である。
【図１３】出力制限を厳しくする場合における燃料電池スタックの最大出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  燃料電池本体
１Ａ  燃料電池スタック
１Ｂ  気液分離器
２  コンプレッサ
３  アフタークーラ
４  膜式加湿器
５  空気圧力調整弁
６  アクチュエータ
７  水素タンク
８  水素ヒータ
９  エゼクタ
１０  セパレータタンク
１１  パージ弁
１２  アクチュエータ
１３  純水タンク
２１  出力制御回路
２２  車両コントローラ
３１  空気圧力センサ
３２  空気温度センサ
３３  水素温度センサ
３４  水位レベルセンサ
３５  出力センサ
４１  ナビゲーション装置
４２  出力制御回路
Ｌ１  空気供給配管
Ｌ２  空気排出配管
Ｌ３  外部排出配管
Ｌ４  水素供給配管
Ｌ５  水素循環配管
Ｌ６  ガス排出配管
【図１】
2005150025.tif 000003
【図２】
2005150025.tif 000004
【図３】
2005150025.tif 000005
【図４】
2005150025.tif 000006
【図５】
2005150025.tif 000007
【図６】
2005150025.tif 000008
【図７】
2005150025.tif 000009
【図８】
2005150025.tif 000010
【図９】
2005150025.tif 000011
【図１０】
2005150025.tif 000012
【図１１】
2005150025.tif 000013
【図１２】
2005150025.tif 000014
【図１３】
2005150025.tif 000015