(57)【要約】【課題】  ガス流量制限と取出電力制限のバランスを保ち、ガス供給過剰による水収支の悪化や、ガス供給不足による性能の劣化を防止することを課題とする。【解決手段】  制限要求手段２５及びＰＭ１０から与えられる電力制限値に基づいて、第１の電力制限手段２２で燃料電池１の目標Ｇｒｏｓｓ電力を制限し、制限された目標Ｇｒｏｓｓ電力を電力→電流変換手段２３で目標電流に変換し、この目標電流に基づいて燃料電池１の目標ガス流量を算出し、電圧センサ１８で検出された燃料電池１の実総電圧と目標電流との積を第２の電力制限手段２４で算出して燃料電池１の目標取出電力を求め、求めた目標取出電力をＰＭ１０から与えられた電力制限値に基づいて第２の電力制限手段２４で制限して構成される。【選択図】  図１
2005259576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から取り出すように要求された目標取出電力を、電力の制限要求に基づいて制限する第１の電力制限手段と、
前記第１の電力制限手段で制限されて得られた目標取出電力を、前記燃料電池から取り出される目標電流に変換する電力電流変換手段と、
前記電力電流変換手段で得られた目標電流に基づいて、前記燃料電池に供給される燃料ガスならびに酸化剤ガスの流量を演算するガス流量演算手段と、
前記燃料電池の実総電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電力電流変換手段で得られた目標電流と、前記電圧検出手段で検出された実総電圧との積による目標取出電力を求め、求めた目標取出電力を、電力の制限要求に基づいて制限する第２の電力制限手段と、
前記燃料電池から、前記第２の電力制限手段で得られた目標取出電力を取り出す電力取出手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池に冷却液を循環させて冷却する冷却システムと、
前記燃料電池の入口の冷却液温度を検出する入口冷却液温度検出手段と、
前記入口冷却液温度検出手段で検出された前記燃料電池の入口の冷却液温度に基づいて、前記第１の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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】
燃料電池に冷却液を循環させて冷却する冷却システムと、
前記燃料電池の出口の冷却液温度を検出する出口冷却液温度検出手段と、
前記出口冷却液温度検出手段で検出された前記燃料電池の出口の冷却液温度に基づいて、前記第１の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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４】
前記燃料電池に酸化剤ガスとなる空気を供給する空気供給システムと、
前記燃料電池の出口の空気温度を検出する出口空気温度検出手段と、
前記出口空気温度検出手段で検出された前記燃料電池の出口の空気温度に基づいて、前記第１の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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５】
前記燃料電池に酸化剤ガスとなる空気を供給する空気供給システムと、
前記燃料電池の入口の空気温度を検出する入口空気温度検出手段と、
前記入口空気温度検出手段で検出された前記燃料電池の入口の空気温度に基づいて、前記第１の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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６】
燃料電池に酸化剤ガスとなる空気を供給する空気供給手段と、
前記空気供給手段の出口の空気温度を検出する空気供給手段出口空気温度検出手段と、
前記空気供給手段出口空気温度検出手段で検出された前記空気供給手段の出口の空気温度に基づいて、前記第１の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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７】
前記電力取出手段は、前記燃料電力から取り出す電力の制限要求を前記第１ならびに第２の電力制限手段に与える
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８】
前記電力取出手段に冷却液を循環させて冷却する冷却システムと、
前記電力取出手段の入口の冷却液温度を検出する電力取出手段入口冷却液温度検出手段と、
前記電力取出手段入口冷却液温度検出手段で検出された前記電力取出手段の入口の冷却液温度に基づいて、前記第２の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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９】
前記電力取出手段に冷却液を循環させて冷却する冷却システムと、
前記電力取出手段の出口の冷却液温度を検出する電力取出手段出口冷却液温度検出手段と、
前記電力取出手段出口冷却液温度検出手段で検出された前記電力取出手段の出口の冷却液温度に基づいて、前記第２の電力制限手段に与える電力の制限要求を生成する制限要求出力手段と
を有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１０】
前記第２の電力制限手段は、電力の制限要求に基づいて制限されて得られた目標取出電力を、前記電圧検出手段で検出された前記燃料電池の実総電圧で除して電流制限値を求め、求めた電流制限値に基づいて前記電力電流変換手段で得られた目標電流を制限する
ことを特徴とする請求項１，７，８及び９のいずれか１項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、車両等に搭載された燃料電池に関わる周辺装置を保護する等の目的で燃料電池の出力を制限する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、大気温度が定格出力時の設計条件を上回るという想定のもとに、この温度範囲については出力の抑制により大量の余剰熱が発生しないようにするものである。これにより、大気温度の著しい上昇に対処して発電出力の抑制により余剰熱の発生を制限し、冷却塔の能力に見合う運転を継続し、燃料電池をはじめとする各機器の温度を適正な範囲に保つようにしている。すなわち、燃料電池の冷却能力が不足した場合には、燃料電池を過温度にしないように冷却液温度が許容温度に近づくと出力を制限し、燃料電池を保護するようにしている。
【特許文献１】特開平０５−０７４４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の燃料電池の出力を制限する装置においては、燃料電池から取り出される取出電力を制限することはできる反面、発電の燃料ガスとなる水素や空気のガス流量の制限については考慮されていなかった。このように、取出電力のみが制限される一方、ガス流量が制限されないと、燃料電池へのガス供給過剰によって燃料電池内の水分が燃料ガスで持ち出され、水収支が悪化するという問題が発生する。
【０００４】
さらに、ガス流量の制限がなされた場合であっても、燃料電池のＩ−Ｖ特性が電力−電流変換テーブル作成時に想定していたＩ−Ｖ特性とずれた場合には、ガス流量制限と取出電力制限のバランスが崩れるおそれがあった。これにより、ガス供給過剰による水収支の悪化、あるいはガス供給不足による燃料電池の出力特性の劣化を招くことが懸念されていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス流量制限と取出電力制限のバランスを保ち、ガス供給過剰による水収支の悪化や、ガス供給不足による性能の劣化を防止する燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料電池から取り出すように要求された目標取出電力を、電力の制限要求に基づいて制限する第１の電力制限手段と、前記第１の電力制限手段で制限されて得られた目標取出電力を、前記燃料電池から取り出される目標電流に変換する電力電流変換手段と、前記電力電流変換手段で得られた目標電流に基づいて、前記燃料電池に供給される燃料ガスならびに酸化剤ガスの流量を演算するガス流量演算手段と、前記燃料電池の実総電圧を検出する電圧検出手段と、前記電力電流変換手段で得られた目標電流と、前記電圧検出手段で検出された実総電圧との積による目標取出電力を求め、求めた目標取出電力を、電力の制限要求に基づいて制限する第２の電力制限手段と、前記燃料電池から、前記第２の電力制限手段で得られた目標取出電力を取り出す電力取出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の実Ｉ−Ｖ特性が、当初想定していたＩ−Ｖ特性とずれた場合であっても、ガス流量制限と取出電力制限のバランスを保ち、ガス供給過剰による水収支の悪化や、ガス供給不足による性能劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施例１の燃料電池システムは、燃料電池１の発電により得られてパワーマネージャ（以下、ＰＭと記す）１０から取り出す電力を、Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段２１、第１の電力制限手段２２、電力→電流変換手段２３、第２の電力制限手段２４ならびに制限要求出力手段２５の協働作用に基づいて制限している。
【００１０】
燃料電池１は、アノードに水素ガスが、カソードに空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
【００１１】
（化１）
アノード（水素極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード（酸素極）：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
ポンプ２は、燃料電池１を冷却する冷却液を燃料電池１やラジエタ３、ラジエタバイパス方向に循環させる。三方弁５は、冷却液温度を調整するために冷却液をラジエタ３側とラジエタバイパス側に分流する。三方弁５をラジエタ３側に開弁するだけでは冷却液を所望の温度に冷やせないときにはラジエタファン４も駆動する。ポンプ６は、冷却液をＰＭ１０とラジエタ３に循環させて、ＰＭ１０を冷却する。
【００１２】
コンプレッサ７は、燃料電池１のカソードへ空気を供給する。ウォーターリカバリーデバイス８は、中空糸材料などで構成され、湿度が高いカソード出口排空気の水分を供給空気側へ戻し、供給空気を加湿する機能を有する。調圧弁９は、燃料電池１のカソード内の圧力を所望の値に制御するために駆動される。
【００１３】
ＰＭ１０は、燃料電池１から電力を取り出す電力取出装置として機能し、第２の電力制限手段２４から与えられるＰＭ取出電力指令に基づいて燃料電池１から電力を取り出し、取り出した電力を管理制御する。すなわち、ＰＭ１０は、燃料電池１から取り出した電力を二次電池（図示せず）に充電し、もしくはモータ／発電機（図示せず）に給電する動作、ならびに二次電池に蓄積された電力をモータ／発電機に給電し、モータの回生電力を二次電池に充電する動作を管理制御する。
【００１４】
温度センサ１１〜１７は、各部の温度を検出する温度検出手段として機能する。各温度センサ１１〜１７で検出された温度は、制限要求出力手段２５に与えられる。温度センサ１１は、燃料電池入口の冷却液温度を検出する。温度センサ１２は、燃料電池出口の冷却液温度を検出する。温度センサ１３は、燃料電池１のカソード出口の空気温度を検出する。温度センサ１４は、コンプレッサ７の入口の空気温度を検出する。温度センサ１５は、コンプレッサ７の出口の空気温度を検出する。温度センサ１６は、ＰＭ１０の入口の冷却液温度を検出する。温度センサ１７は、ＰＭ１０の出口の冷却液温度を検出する。
【００１５】
電圧センサ１８は、燃料電池１に設けられており、燃料電池１の全体から実際に取り出される電圧の総和である実総電圧を検出する。
【００１６】
これらの温度センサ１１〜１７で検出された温度に基づいて、このシステムの運転管理を制御する制御中枢となるコントロールユニット（図示せず）により、三方弁５やラジエタファン４などが駆動されるとともに、温度が過温度になると制限要求出力手段２５によって燃料電池１の電力制限要求が第１の電力制限手段２２へ出力される。
【００１７】
Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段２１は、車両駆動モータ制御部（図示せず）や２次バッテリの充放電制御部（図示せず）から要求される目標Ｎｅｔ電力を目標Ｇｒｏｓｓ電力に変換する。Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段２１は、目標Ｎｅｔ電力に燃料電池パワープラントの補機消費電力を加えることによって、目標Ｎｅｔ電力を目標Ｇｒｏｓｓ電力に変換する。得られた目標Ｇｒｏｓｓ電力は第１の電力制限手段２２に与えられる。
【００１８】
第１の電力制限手段２２は、制限要求出力手段２５から出力された制限要求値とＰＭ１０から与えられたＰＭ要求電力制限値に基づいて、Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段２１から出力される目標Ｇｒｏｓｓ電力を制限する。制限されたＧｒｏｓｓ電力は電力→電流変換手段２３に与えられる。
【００１９】
電力→電流変換手段２３は、変換テーブルに基づいて、第１の電力制限手段２２から与えられた目標Ｇｒｏｓｓ電力を目標電流に変換する。電力→電流変換手段２３は、図２（ａ）に示す燃料電池１のＩ−Ｖ特性に基づいて予め作成された、同図（ｂ）に示す電力−電流の関係を表す変換テーブルを参照することで変換処理を行う。このようにして、電力→電流変換手段２３で得られた目標電流は、目標ガスの流量を演算する目標ガス演算手段（図示せず）に与えられ、この目標ガス演算手段により目標電流に基づいてガス制御の目標流量が演算される。
【００２０】
第２の電力制限手段２４は、燃料電池１から取り出す実電力を制限する。第２の電力制限手段２４は、ＰＭ１０から出力されるＰＭ要求電力制限値及び制限要求出力手段２５から出力されるＰＭ１０の冷却液温度による制限要求値に基づいて、電力→電流変換手段２３から与えられた目標電流と電圧センサ１８で検出された燃料電池１の実総電圧との積で得られる目標取出電力を制限する。
【００２１】
図３を参照して、第１の電力制限手段２２ならびに第２の電力制限手段２４について詳しく説明する。図３には、目標Ｎｅｔ電力から目標電流ならびに目標取出電力を得る系統を２つに分け、目標Ｎｅｔ電力から目標ガス流量演算手段に与えられる目標電流を得るガス流量制御部と、目標Ｎｅｔ電力から目標取出電力を得る電力取出制御部とし、それぞれの制御部に対して電力制限値を導入して電力を制限する電力制限箇所を示している。
【００２２】
図３において、第１の電力制限手段２２は、ガス流量制御系ならびに電力取出系ともに、Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段２１から与えられた目標Ｇｒｏｓｓ電力と、図３に（ａ）〜（ｈ）で示す各温度に基づいた制限値又はＰＭ電力制限値とを比較し、比較結果において最も小さな値を選択（セレクトロー）し、選択した値を制限を受けた目標Ｇｒｏｓｓ電力として電力→電流変換手段２３に与える。すなわち、第１の電力制限手段２２は、最も大きな制限を受けた電力を選択する。
【００２３】
電力制限値は、（ａ）燃料電池入口冷却液温度に基づいて求められた電力制限値、（ｂ）燃料電池出口冷却液温度に基づいて求められた電力制限値、（ｃ）カソード出口空気温度に基づいて求められた電力制限値、（ｄ）コンプレッサ入口空気温度に基づいて求められた電力制限値、（ｅ）コンプレッサ出口空気温度に基づいて求められた電力制限値、（ｆ）ＰＭ要求電力制限値、（ｇ）ＰＭ入口冷却液温度に基づいて求められた電力制限値、（ｈ）ＰＭ出口冷却液温度に基づいて求められた電力制限値である。上記（ｆ）を除く（ａ）〜（ｈ）で示す電力制限値は、制限要求出力手段２５で生成され、上記（ｆ）で示す電力制限値は、ＰＭ１０内の素子温度等に基づいてＰＭ１０で演算されて求められる。
【００２４】
第２の電力制限手段２４は、電力→電流変換手段２３で得られた目標電流に基づいて、ＰＭ１０から実際に取り出す目標取出電力を制限する。すなわち、第２の電力制限手段２４は、電力→電流変換手段２３で得られた目標電流と燃料電池１の実総電圧との積を算出して目標取出電力を求め、この目標取出電力と上記（ｆ）〜（ｈ）の電力制限値とを比較し、比較結果において最も小さい値を選択（セレクトロー）し、選択した値をＰＭ取出電力指令（制限を受けた目標取出電力）としてＰＭ１０に与える。
【００２５】
ＰＭ１０の発熱量は、燃料電池１から取り出される実電力で律速されるので、実電力を制限することによってＰＭ１０を熱から保護することができる。
【００２６】
制限要求出力手段２５は、予め設定された図４に示す電力制限テーブルを参照し、各温度センサ１１〜１７で検出された検出値に基づいて、上記（ｆ）を除く（ａ）〜（ｈ）で示す各電力制限値を求める。
【００２７】
（ａ）燃料電池入口冷却液温度による電力制限は、燃料電池出口冷却液温度が燃料電池耐熱温度以下に設定された上限温度１を超えないように、燃料電池入口冷却液温度に応じて電力を制限する。冷却液流量と燃料電池取出電力に応じた燃料電池入出口の冷却液温度差をあらかじめ調べておき、燃料電池出口冷却液温度が上限温度１を超えないような燃料電池入口冷却液温度と燃料電池取出電力（電力制限値）の関係を求め、電力制限テーブルが作成される。
【００２８】
（ｂ）燃料電池出口冷却液温度による電力制限は、上記（ａ）の電力制限が先に働き、それでも出口温度が上限温度２（耐熱温度＞上限温度２＞上限温度１）を超えそうな場合には電力が制限されるように設定される。電力制限（ｂ）が電力制限（ａ）に比べて先に作用すると、電力制限がハンチングを起こす可能性があるため、電力制限（ａ）を優先させる。
【００２９】
（ｃ）カソード出口空気温度による電力制限は、カソード出口温度が上昇すると、出口空気が乾いて水分が減るため、水収支が成立するようにカソード出口温度に応じて電力を制限する。したがって、カソード出口空気温度と燃料電池取出電力（電力制限値）の関係を求め、電力制限テーブルが作成される。
【００３０】
（ｄ）コンプレッサ入口空気温度による電力制限は、空気は圧縮すると温度が上昇するため、燃料電池１の取出電力に応じてカソードに供給される空気を加圧する場合には、コンプレッサ７を熱から保護するために設ける。燃料電池冷却液温度による電力制限と同様の考え方で、コンプレッサ出口空気温度がコンプレッサ７の耐熱温度以下の上限温度１を超えないように、コンプレッサ入口空気温度に応じて電力を制限する。コンプレッサ圧縮比と入出口空気温度差の関係をあらかじめ調べておき、出口空気温度が上限温度１を超えないようなコンプレッサ入口空気温度と燃料電池取出電力（電力制限値）の関係を求め、電力制限テーブルが作成される。
【００３１】
（ｅ）コンプレッサ出口空気温度による電力制限は、上記電力制限（ｄ）の電力制限が先に働き、それでも出口温度が上限温度２（耐熱温度＞上限温度２＞上限温度１）を超えそうな場合に電力が制限されるように設定される。電力制限（ｅ）が電力制限（ｄ）に比べて先に作用すると、電力制限がハンチングを起こす可能性があるため、電力制限（ｄ）を優先させる。
【００３２】
（ｆ）ＰＭ要求電力制限は、ＰＭ１０内の素子の温度などが耐熱温度に近づいたときに、熱から保護するために、ＰＭ１０が要求する電力制限として設定される。
【００３３】
（ｇ）ＰＭ入口冷却液温度による電力制限は、燃料電池冷却液温度による電力制限と同様の考え方で、ＰＭ出口冷却液温度がＰＭ１０内の素子などの耐熱温度以下の上限温度１を超えないように、ＰＭ入口冷却液温度に応じて電力を制限する。ＰＭ冷却液流量と燃料電池取出電力に応じたＰＭ入出口の冷却液温度差をあらかじめ調べておき、ＰＭ出口冷却液温度が上限温度１を超えないようなＰＭ入口冷却液温度と燃料電池取出電力（電力制限値）の関係を求め、電力制限テーブルが作成される。
【００３４】
（ｈ）ＰＭ出口冷却液温度による電力制限は、上記電力制限（ｇ）の電力制限が先に働き、それでも出口温度が上限温度２（耐熱温度＞上限温度２＞上限温度１）を超えそうな場合には電力が制限されるように設定される。電力制限（ｈ）が電力制限（ｇ）に比べて先に作用すると、電力制限がハンチングを起こす可能性があるため、電力制限（ｇ）を優先させる。
【００３５】
このように、上記第１の電力制限手段２２ならびに第２の電力制限手段２４を中心にして燃料電池１から取り出す電力を制限する際に、燃料電池１を実際に運転した際の燃料電池１のＩ−Ｖ特性が、図２に示す電力→電流変換テーブルを作成した時に想定していた当初のＩ−Ｖ特性とずれた場合には、ガス流量制限と取出電力制限のバランスが崩れてガス供給過剰による水収支の悪化、あるいはガス供給不足による燃料電池性能の劣化を招くことが懸念されるおそれがあった。
【００３６】
これらの不具合を、図５に示す比較例を参照して詳しく説明する。図５に示す電力制限手法は、ガス流量制限部では、図３に示す場合と同様に電力→電流変換の前に電力を制限する一方、電力取出制御部では、この実施例１のように電力→電流変換の前に電力を制限することはせず、目標取出電力の実電力だけを制限するようにしたものである。
【００３７】
燃料電池１のＩ−Ｖ特性が個体ばらつきや初期ならし運転による上昇によって、電力→電流変換テーブル作成時に想定していたＩ−Ｖ特性よりも高い側へずれた場合には、実電圧が高くなるため目標取出電力の制限を受け易くなる。そのため、ガス流量は制限を受けずに目標取出電力のみが制限を受けることがある。この結果、ガス供給が過剰となり、水収支が悪化することが懸念される。
【００３８】
一方、燃料電池１の個体ばらつきや劣化による性能低下により、電力→電流変換テーブル作成時に想定していたＩ−Ｖ特性よりも低い側へずれた場合には、実電圧が低くなるため目標取出電力は制限を受け難くなる。そのため、目標取出電力は制限を受けずにガス流量だけが制限を受けことがある。この結果、ガス供給不足が引き起こされて燃料電池１を劣化させる原因となる。
【００３９】
これに対して、本実施例１では、燃料電池１のＩ−Ｖ特性が個体ばらつきや初期ならし運転による特性上昇によって、電力→電流変換テーブル作成時に想定していたＩ−Ｖ特性よりも実特性が高い側へずれた場合には、燃料電池１の実電圧が高くなるため電力取出制御部の電力→電流変換後の目標電流に燃料電池１の実総電圧を掛けて得られた目標取出電力に対して電力制限を受け易くなる。ここまでは、図５に示す手法と同様であるが、この実施例１では、目標取出電力を制限する際に、ＰＭ１０関係以外の電力制限（ａ）〜（ｅ）を除き、ＰＭ１０関係の電力制限（ｆ）〜（ｈ）を用いて制限を与えるようにしており、この点が図５に示す比較例と異なる。これにより、目標取出電力を求める際に、燃料電池１に起因する電力の制限は受けなくなる。したがって、このような特徴的な制限を設けることで、ガス流量が制限されなくとも、ガス流量制限と取出電力制限の双方のバランスが保たれる。この結果、燃料電池１に供給される供給ガスと目標取出電力とがバランスし、ガス供給過剰による水収支の悪化を防止することができる。
【００４０】
一方、燃料電池１の個体ばらつきや劣化による性能低下により、電力→電流変換テーブル作成時に想定していた当初のＩ−Ｖ特性よりも実特性が低い側へずれた場合には、実電圧が低くなるため電力取出制御部の電力→電流変換後の目標電流に燃料電池１の実総電圧を掛けて得られた目標取出電力に対して電力制限を受け難くなる。ここまでは、図５に示す手法と同様であるが、この実施例１では、ガス流量制御部と電力取出制御部の両方に設けた電力→電流変換前の電力制限を受けることになる。したがって、このような特徴的な制限を設けることで、目標取出電力が制限されなくとも、ガス流量制限と目標取出電力制限の双方のバランスが保たれることになる。この結果、燃料電池１に供給される供給ガスと取出電力とがバランスし、ガス供給不足による燃料電池１の劣化を防止することができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、図６ならびに図７を参照して、本発明の実施例２を説明する。
【００４２】
図６は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、図７はこの実施例２の電力制限手法を説明するための制御ブロック図である。
【００４３】
図６において、この実施例２の燃料電池システムの特徴とするところは、図１に示す第２の電力制限手段２４に代えて、電力→電流変換手段２３で得られた目標電流に対して電流制限を与えて目標ガス流量演算手段に与えるという新たな機能を付加した第２の電力制限手段３１を設けたことにあり、他は図１に示す実施例１と同様である。
【００４４】
この第２の電力制限手段３１は、実施例１と同様に目標取出電力に制限を与えると同様に、図７に示すように、目標取出電力に制限が与えられてＰＭ１０に与えられるＰＭ取出電力指令に基づいて目標電流に電流制限を加える。すなわち、第２の電力制限手段３１は、ＰＭ取出電力指令を燃料電池１の実総電圧で除して電流制限値を求め、この電流制限値と電力→電流変換手段２３で得られた目標電流とを比較し、比較結果において何れか小さい値を選択（セレクトロー）し、選択した値を目標電流として目標ガス流量演算手段に与える。したがって、ＰＭ要求電力制限やＰＭ冷却液過温度による電力制限を受けた場合に、ガス流量を演算する際に用いられる目標電流は、ＰＭ１０から取り出される目標取出電力とともにバランスして制限される。これにより、ガス供給過剰による水収支の悪化を防止することができる。
【００４５】
以上説明したように、上記実施例１，２においては、目標Ｇｒｏｓｓ電力から目標電流に変換する前に電力を制限するようにしているので、燃料電池１の出力特性が低下している場合であっても、確実に出力を確保し、かつ燃料電池１の劣化や損傷を防止することができると共に、目標取出電力の制限要求がある場合には、制限された目標電流に基づいてガス流量と目標取出電力が演算されるので、ガス流量と目標取出電力の双方がバランス良く制限され、ガス供給過剰による水収支の悪化や、ガス供給不足による性能劣化を防止することができる。
【００４６】
また、燃料電池１の実Ｉ−Ｖ特性が変化した場合でも、目標取出電力の制限は、ガス流量と目標取出電力に対して同じ分だけ働くので、ガス流量制限と目標取出電力制限のバランスが保たれ、ガス供給過剰による水収支の悪化や、ガス供給不足による性能劣化を防止することができる。さらに、目標取出電力を制限することで、燃料電池１、ＰＭ１０を過熱から保護することができる。
【００４７】
燃料電池１のカソード出口温度が上昇すると、カソード出口空気が乾いて水分が減り、燃料電池１の加湿水が減少する。したがって、燃料電池出口の空気温度に基づいて目標取出電力を制限することで、カソードへの供給空気流量が減り、水分が空気によって持ち出されなくなるようになり、水収支を改善することができる。
【００４８】
燃料電池１に空気を供給する空気供給手段となるコンプレッサ７の入口又は出口の空気温度に基づいて目標取出電力に制限を与えることで、燃料電池１に供給される空気の圧力や流量が制限され、コンプレッサ７を過熱から保護することができる。
【００４９】
また、ＰＭ要求電力制限値、ＰＭ入口、出口冷却液温度に基づいて目標取出電力を制限することで、ＰＭ１０を過熱から保護することができる。
【００５０】
さらに、ＰＭ取出電力指令に基づいて目標ガスの流量を演算する際に用いられる目標電流に制限を与えることで、ＰＭ取出電力指令が低下した場合に、ガス流量演算の目標電流は目標取出電力に対してバランス良く制限され、ガス供給過剰による水収支の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】目標Ｇｒｏｓｓ電力を目標電流に変換する手法を示す図である。
【図３】実施例１の電力制限手法を説明するための制御ブロック図である。
【図４】制限要求出力手段の要求制限値の求め方を示す図である
【図５】実施例１の電力制限手法を説明するための、制御ブロックの比較例を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図７】実施例２の電力制限手法を説明するための制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池
２…ポンプ
３…ラジエタ
４…ラジエタファン
５…三方弁
６…ポンプ
７…コンプレッサ
８…ウォーターレカバリーデバイス
９…空気調圧弁
１０…パワーマネージャー（ＰＭ）
１１〜１７…温度センサ
１８…電圧センサ
２１…Ｎｅｔ→Ｇｒｏｓｓ変換手段
２２…第１の電力制限手段
２３…電力→電流変換手段
２４，３１…第２の電力制限手段
２５…制限要求出力手段
【図１】
2005259576.tif 000003
【図２】
2005259576.tif 000004
【図３】
2005259576.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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