(57)【要約】【課題】セル電圧低下で検知される前に、フラッディングやドライアウトを防止し、負荷過渡時にも安定した電圧を出力する燃料電池システムを提供する。【解決手段】  コントローラ４３は、燃料電池本体１へ供給する空気流量Ｑinと、燃料電池本体１の空気通路容積Ｖ０と、燃料電池内部圧力の時間微分ｄＰ／ｄｔから、高温多湿状態の燃料電池出口の排空気流量Ｑout を推定する。そして、排空気流量Ｑout に応じて、空気系加湿装置１３の加湿量を制御することにより、フラッディングやドライアウトを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質を挟持する燃料極と酸化剤極を有し、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方を加湿する加湿装置、燃料電池からの排出ガスを排出する排出経路と、排出経路に配置され燃料電池の運転圧力を調整する圧力調整弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池出口からの排出ガス流量を推定する排出ガス流量推定手段を有し、負荷過渡時に、前記排出ガス流量推定手段が推定した排出ガス流量に応じて、前記加湿装置の加湿量を調整することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
負荷上昇時の場合は、加湿量を低下させ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】
負荷下降時の場合は、加湿量を増加させ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４】
前記加湿量に、排出ガス温度と、燃料電池の負荷と、排出ガス圧力とによる補正を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記加湿装置は、加湿装置をバイパスするバイパス経路を備え、加湿量の調整は、バイパス流量を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記加湿装置は、加湿対象ガス中に水を噴霧する噴霧型加湿器であり、
加湿量の調整は、噴霧量を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記排出ガス流量推定手段は、
燃料電池の運転圧力の時間微分と、燃料電池内部のガス通路容積と、燃料電池への供給ガス流量と、に基づいて、排出ガス流量を推定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】
前記排出ガス流量推定手段は、
燃料電池への要求負荷と、燃料電池内部のガス通路容積と、に基づいて、排出ガス流量を推定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９】
前記排出ガス流量推定手段は、
前記圧力調整弁の開度と、圧力調整弁前後の圧力差と、に基づいて、排出ガス流量を推定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。
【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係り、特に、燃料電池へ供給するガスの加湿量制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
固体高分子電解質は、適度な加湿状態でなければ、良好な水素イオン（プロトン）伝導性を示さないものがあり、このため、燃料電池本体内部に水通路を設けて直接加湿するものや、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する（間接加湿）ものがある。しかしながら、加湿量が多すぎると燃料電池内部のガス通路を液水が閉塞するフラッディングや、加湿量が少なすぎて電解質膜が乾燥するドライアウトが生じることがある。また、自動車などへの車載用燃料電池では、短時間に低負荷から高負荷、高負荷から低負荷の負荷変動が大きいのが一般的であり、過渡的な負荷増加に反応ガス供給が追いつかず、ガス供給不足状態となることがある。
【０００４】
このような燃料電池の状態を詳しく検出する従来技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。この技術によれば、燃料電池のインピーダンス（抵抗）値によってドライアップ状態を判別し、また、燃料電池の電圧値及び時間に対する電圧値のピークがシャープかブロードかによって、燃料ガス不足状態、フラッディング状態、酸化ガス不足状態のいずれであるかを判別し、その状態に応じた運転条件を設定している。
【特許文献１】特開２００４−２４１２３６号公報（第１２頁、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では燃料電池の運転状態の結果として現れる電圧低下を検知し、その検知した後に、最適な運転条件へ移行するために、遅れが問題となることがあった。
【０００６】
また、負荷上昇の過渡時には、負荷と流量を上昇させるだけでなく、圧力も上昇させるため、燃料電池入口の流量は発電に十分なガスが供給されているが、燃料電池出口の流量は、入口に対して小さくなり、差分は圧力を上昇させるために使われる。このため、燃料電池本体から持ち出される水分量が低下し、フラッディングによって燃料電池電圧が低下するという問題点があった。
【０００７】
空気流量を圧力上昇よりも早くすることも、コンプレッサの能力や音振の問題から困難である。
【０００８】
さらに、負荷降下の過渡時には、負荷と流量を降下させるだけでなく、圧力も降下させるため、燃料電池出口の流量は、発電に必要な量よりも大きくなり、ドライアウト傾向になってしまう。運転圧力をゆっくり降下させることも可能であるが、必要以上にコンプレッサの高回転状態が継続するために、システムの燃費性能が悪化するという跳ね返りがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、本発明は、電解質を挟持する燃料極と酸化剤極を有し、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方を加湿する加湿装置、燃料電池からの排出ガスを排出する排出経路と、排出経路に配置され燃料電池の運転圧力を調整する圧力調整弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池出口からの排出ガス流量を推定する排出ガス流量推定手段を有し、負荷過渡時に、前記排出ガス流量推定手段が推定した排出ガス流量に応じて、前記加湿装置の加湿量を調整することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の本発明によれば、燃料電池出口からの排出ガス流量に応じて、負荷過渡時の加湿量を調整するので、セル電圧低下で検知される前に、フラッディングやドライアウトを防止し、負荷過渡時にも安定した電圧を出力する燃料電池システムを提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが、負荷変動が大きい燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。
【実施例１】
【００１２】
まず、燃料電池システムの概念図である図１、図２、図３と、燃料電池の単位セルの概念図である図４を参照して、本発明が適用される燃料電池システム全体の構成について説明する。本構成は燃料電池システムとして一般的なものである。
【００１３】
＜燃料電池本体＞
図４に示すように、燃料電池本体の基本単位である燃料電池単セル１００は、例えば、固体高分子型電解質膜を用いた電解質膜１０２の両面に燃料極触媒層１０３及び酸化剤極触媒層１０４をそれぞれ形成した膜電極接合体（ＭＥＡ）１０１と、ＭＥＡ１０１の両面に配置された燃料ガス拡散層１０５、酸化剤ガス拡散層１０６、セパレータ１０７、１０８を備えている。セパレータ１０７と燃料ガス拡散層１０５との間には燃料ガス流路１０９を、セパレータ１０８と酸化剤ガス拡散層１０６との間には酸化剤ガス流路１１０が設けられて燃料電池単セル１００が構成される。この燃料電池単セル１００を複数枚積層して、図１の燃料電池本体１が構成されている。燃料電池本体１の外部から供給された燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（空気）が、それぞれ燃料ガス流路１０９と酸化剤ガス流路１１０に供給され、電気化学反応により発電する。
【００１４】
＜空気系＞
図１において、空気コンプレッサ１１によって圧縮された空気は、空気供給経路１２を介して空気系加湿装置１３に送られ、加湿された後、燃料電池本体１の酸化剤極１ａに送られる。燃料電池本体１内の電気化学反応で酸素が消費された後、空気排気経路１４を通り、空気調圧弁１５で圧力が調整され、システム外へ排気される。酸化剤極１ａに供給される空気の圧力は、酸化剤極１ａの入口に設けられた空気圧力計１６により検出され、この圧力が所望の圧力となるように、空気圧調整弁１５が制御される。空気系加湿装置１３は、排気中の水分を利用する水蒸気交換膜を用いたものや、外部から純水を供給する膜加湿器や噴霧型加湿器（図３）などを用いることができる。また、図２のように、空気系加湿装置１３をバイパスする加湿装置バイパス経路１９とその流量を調整するバイパス流量調整弁２０を備えて、加湿量を調整することもできる。
【００１５】
＜水素系＞
高圧水素タンク２１によって供給された水素は、水素供給経路２２を通り、水素調圧弁２３で所望の圧力に調圧され、水素循環装置２４により循環している排水素と合流した後、水素系加湿装置２５で加湿されて、燃料電池本体１の燃料極１ｂに送られる。燃料極１ｂに供給される水素の圧力は、燃料極１ｂの入口に設けられた水素圧力計２９で検出され、この圧力が所望の圧力となるように、水素調圧弁２３が制御される。燃料電池本体１内の電気化学反応で水素が消費された後、余分に供給された水素は、水素循環経路２６を通り、水素循環装置２４により再び発電に利用される。
【００１６】
また、水素系には、運転中に酸化剤極１ａから燃料極１ｂに透過してくる窒素や高圧水素タンク２１中に含まれる不純物が蓄積してくるため、これらをシステム外部へ排出するための水素排出経路２７と水素排出弁２８を有している。
【００１７】
＜冷却水系＞
燃料電池本体１の発電によって発生した熱を除去し、燃料電池本体１を適温に保つために、冷却水系が設けられている。冷却水ポンプ３１によって圧送された冷却水は、燃料電池本体１を通り、熱を吸収した後、冷却水循環経路３２を通り、熱交換器３３でシステム外部へ熱を排熱して、再び冷却水ポンプ３１で燃料電池本体１へ圧送される。また冷却水温度計３４で冷却水温度をモニタしながら、燃料電池本体の発電に適正な温度に温度調整される。
【００１８】
＜負荷系＞
燃料電池本体１の発電電力を消費する負荷装置４０は、例えば燃料電池車両においては、車両駆動モータに電力を供給するインバータ装置である。燃料電池本体１の発電電圧は、電圧計４１で検出され、燃料電池本体１から負荷装置４０へ供給される電流は、電流計４２により検出される。
【００１９】
＜制御系＞
コントローラ４３は、燃料電池本体１を含む燃料電池システム全体を制御する。また、コントローラ４３は、空気圧力計１６，水素圧力計２９，冷却水温度計３４，電圧計４１及び電流計４２の検出信号に基づいて、燃料電池本体１をあらかじめ設定されている最適な圧力・温度・流量・負荷にするために、コンプレッサ１１、空気調圧弁１５、水素調圧弁２３、水素排出弁２８、冷却水ポンプ３１、負荷装置４０へ制御信号を出力する。
【００２０】
［従来技術と問題点］
次に図５、図６を用いて、図１に示した燃料電池システムにおける問題点を説明する。一般的な燃料電池システムの運転圧力は高負荷では高圧となる。そのため、負荷過渡時には燃料電池の負荷と運転圧力は、図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）のようなプロファイルとなる。
【００２１】
加えて、本燃料電池システムのような空気排気経路１４中に燃料電池の運転圧力を調整する空気圧力調整弁１５を備える場合、運転圧力を上昇させる過程（負荷を上昇させる過程）では、空気圧力調整弁１５を絞るため、燃料電池出口からの排ガス流量は、入口に対して少ない状態となる（図５（ｃ））。特に、自動車などへ適用する車載用燃料電池システムでは、短時間に低負荷から高負荷、高負荷から低負荷の負荷変動が大きいのが一般的であるため、燃料電池出口からの排ガス流量は、入口に対して極端に少ない状態となる。
【００２２】
運転圧力を下降させる過程（負荷を下降させる過程）では、空気圧力調整弁１５を開放にするため、燃料電池出口からの排ガス流量は、入口に対して多い状態となる（図５（ｃ））。特に、自動車などへ適用する車載用燃料電池システムでは、短時間に低負荷から高負荷、高負荷から低負荷の負荷変動が大きいのが一般的であるため、燃料電池出口からの排ガス流量は、入口に対して極端に多い状態となる。
【００２３】
このように、燃料電池出口からの排ガス流量が多い状態や少ない状態が発生すると、多い状態では、燃料電池本体１外部への持ち出し水分量が多くなりドライアウトになる。また少ない状態では、燃料電池本体１内部での凝縮水を外部へ持ち出すことが困難になり、フラッディングとなってしまう。ドライアウトが発生すると、燃料電池内部の固体高分子膜の水素イオン導電性が低下し、フラッディングが発生すると、燃料電池内部のガス通路が液水で閉塞されガス供給の不十分な領域が発生し、いずれも燃料電池電圧が低下（図５（ｄ）、図６（ｄ））する。さらに、いずれの場合も燃料電池本体１の出力が低下するだけでなく、燃料電池本体１の劣化等へと繋がってしまうという問題点がある。
【００２４】
従来の技術では、燃料電池の運転状態の結果として現れる電圧低下を検知し、その検知した後に、ガス流量を増減させたり、湿度を増減させたりするなどして、最適な運転条件へ移行するために、電圧低下の検知および制御の遅れが問題となることがあった。
【００２５】
また、負荷上昇時の供給ガス流量を運転圧力の上昇よりも早くすることで解決できるが、自動車などへ適用する車載用燃料電池システムでは、空気コンプレッサ１１の能力（小型化要求）や音振の問題から困難である。
【００２６】
さらに、負荷下降時に、ゆっくりと運転圧力降下をすることでも解決できるが、運転圧力が高い状態では、空気コンプレッサ１１の吐出圧力が高くなり、空気コンプレッサ１１の消費電力が大きくなり、燃費が悪化するという跳ね返りがある。
【００２７】
＜燃料電池出口からの排空気流量の推定方法＞
次に、図１１を参照して、本実施例における燃料電池出口からの排空気流量の推定方法を説明する。
【００２８】
燃料電池本体１へ供給する空気流量（燃料電池入口での空気流量）： Ｑin
燃料電池出口からの排空気流量： Ｑout
過渡変化前後の燃料電池内部圧力： Ｐ１、Ｐ２
過渡変化前後の時刻： ｔ１、ｔ２
過渡変化前後に燃料電池本体１内部にある空気体積（大気圧換算）： Ｖ１、Ｖ２
大気圧： Ｐ０
燃料電池本体１の内部の空気通路容積：Ｖ０
とすると、
Ｖ１  ＝  Ｖ０×Ｐ１／Ｐ０             …（１）
Ｖ２  ＝  Ｖ０×Ｐ２／Ｐ０             …（２）
よって、
Ｖ２−Ｖ１  ＝  Ｖ０／Ｐ０×（Ｐ２−Ｐ１）  …（３）
時刻ｔ１からｔ２の間に燃料電池内部の空気体積の時間変化量は、
(Ｖ２−Ｖ１)／(ｔ２−ｔ１)＝Ｖ０／Ｐ０×(Ｐ２−Ｐ１)／(ｔ２−ｔ１)    …（４）
微分形式に変更して、
ｄＶ／ｄｔ ＝ Ｖ０／Ｐ０×ｄＰ／ｄｔ                                …（５）
また、質量保存則より、
Ｑin ＝ Ｑout ＋ ｄＶ／ｄｔ ＝ Ｑout ＋ Ｖ０／Ｐ０×ｄＰ／ｄｔ       …（６）
よって、
Ｑout ＝ Ｑin − ｄＶ／ｄｔ ＝ Ｑin − Ｖ０／Ｐ０×ｄＰ／ｄｔ        …（７）
となる。
【００２９】
以上より、燃料電池本体１へ供給する空気流量Ｑinと、燃料電池本体１の空気通路容積Ｖ０と、燃料電池内部圧力の時間微分ｄＰ／ｄｔから、高温多湿状態の燃料電池出口の排空気流量Ｑout を推定することができる。尚、高温多湿状態のガス流量を流量センサ等で直接計測することは困難である。
【００３０】
燃料電池本体１の空気通路容積Ｖ０はあらかじめ求めて、コントローラ４３内部へ記憶して置く。燃料電池内部圧力の時間微分ｄＰは、空気入口圧力計１６から検出される圧力の時間微分とすることができる。また、燃料電池本体１へ供給する空気流量Ｑinは、コンプレッサ１１の下流等に設置した空気流量計（図示しない）やコンプレッサ１１の回転数等から求めることができる。
【００３１】
＜制御方法＞
本実施例においては、あらかじめ燃料電池本体１からの排空気流量と、フラッディング及びドライアウトを防止するための加湿量と、の関係を実験的に取得し、図７に示すような排空気流量に対する加湿量の制御マップとして、コントローラ４３の内部に記憶しておく。
【００３２】
そして、上記推定方法により過渡的に排空気流量が変化した場合のうち、負荷上昇時で排空気流量が小さい場合には、フラッディングが発生しやすいので、空気系加湿装置１３での加湿量を減少させて、フラッディングを回避する。
【００３３】
また、過渡的に排空気流量が変化した場合のうち、負荷下降時で排空気ガス流量が大きい場合には、ドライアウトが発生しやすいので、空気系加湿装置１３での加湿量を増加させて、ドライアウトを回避する。
【００３４】
さらに、燃料電池本体１から排空気によって持ち出される水分量は、温度に対する飽和水蒸気圧力の関係から、加湿量を補正する以下の（Ａ）、（Ｂ）の制御を行う。
【００３５】
（Ａ）燃料電池の運転温度（排空気温度）が上昇すると、排空気によって燃料電池本体１から持ち出される水分量が増加するので、ドライアウトを防止するために、図８の制御マップを参照して、加湿量を増加させる。これとは逆に、運転温度が下降すると、排空気によって燃料電池本体１から持ち出される水分量が減少増加するので、フラディングを防止するために、図８の制御マップを参照して、加湿量を減少させる。
【００３６】
（Ｂ）燃料電池の運転圧力が上昇すると、排空気によって燃料電池本体１から持ち出される水分量が低下するので、フラッディングを防止するために、図９の制御マップを参照して加湿量を減少させる。これとは逆に、運転圧力が降下すると、排空気によって燃料電池本体１から持ち出される水分量が増加するので、ドライアウトを防止するために、図９の制御マップを参照して加湿量を増加させる。
【００３７】
また、生成水量は負荷に比例関係にあることから、排空気ガス流量が同一ならば、生成水量が多い、つまり燃料電池負荷が大きい場合の方が加湿量は少なくてよい。従って、次の（Ｃ）の制御により加湿量の補正を行う。
【００３８】
（Ｃ）燃料電池の負荷が上昇すると、生成水量が増加するので、フラッディングを防止するために、図１０の制御マップを参照して、加湿量を減少させる。これとは逆に、燃料電池の負荷が下降すると、生成水量が減少するので、ドライアウトを防止するために、図１０の制御マップを参照して、加湿量を増加させる。
【００３９】
これら図８、図９、図１０の関係は、それぞれ排空気温度、排空気圧力、燃料電池負荷に対して、燃料電池本体の水分量を一定に保持することができる加湿量補正値を予め実験的に取得しておき、コントローラ４３の内部に制御マップとして記憶しておき、これらの制御マップを参照して加湿量を補正することにより、より確実にフラッディングやドライアウトを回避することができる。
【００４０】
＜加湿量制御方法＞
次に、上記の過程で計算した加湿量に制御する方法を説明する。
【００４１】
第１の加湿量の制御方法としては、図２に示すように、空気系加湿装置１３をバイパスする加湿装置バイパス経路１９とバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁２０を備える。そして、コントローラ４３が計算した加湿量となるように、バイパス流量調整弁２０の開度を調整することで、供給空気の加湿量を調整することができる。これにより、短時間に低負荷から高負荷、高負荷から低負荷という負荷変動をする自動車用の燃料電池システムにおいても、応答良く加湿量を調整することができる。
【００４２】
第２の加湿量の制御方法としては、図３に示すように、空気系加湿装置１３を加湿対象のガス（空気）中に純水を噴霧する噴霧型加湿器とし、コントローラ４３から噴霧量を制御することで、応答良く加湿量を調整することができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例２を説明する。実施例２と実施例１との相違は、燃料電池出口からの排空気流量の推定方法が異なるだけで、その他は実施例１と同様である。
【００４４】
＜燃料電池出口からの排空気流量の推定方法＞
燃料電池システムでは、一般的に要求負荷Ｌに対して、一義的に供給空気流量Ｑin、運転圧力Ｐが決定される。つまり、ＱinとＰがＬの関数
Ｑin ＝ Ｑin（Ｌ）                                            …（８）
Ｐ ＝ Ｐ（Ｌ）                                                …（９）
となる。
【００４５】
そこで、実施例１の
Ｑout＝Ｑin − ｄＶ／ｄｔ ＝ Ｑin − Ｖ０／Ｐ０×ｄＰ／ｄｔ    …（10）
において、
Ｑout＝Ｑin（Ｌ）−ｄＶ／ｄｔ＝Ｑin（Ｌ）−Ｖ０／Ｐ０×ｄＰ（Ｌ）／ｄｔ…（11）
とすることで、燃料電池への要求負荷Ｌと、燃料電池本体１の空気通路容積Ｖ０とから、高温多湿状態の燃料電池出口の排空気流量Ｑout を推定することができる。
【００４６】
燃料電池本体１の空気通路容積Ｖ０はあらかじめ求めて、コントローラ４３内部へ記憶して置く。また、燃料電池負荷Ｌと供給空気流量Ｑinとの関係（図１２）と燃料電池負荷Ｌと運転圧力Ｐとの関係（図１３）もコントローラ４３内部へ記憶して置き、これより、Ｑin、ｄＰを算出する。
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例３を説明する。実施例３と実施例１との相違は、燃料電池出口からの排空気流量の推定方法が異なるだけで、その他は実施例１と同様である。
【００４８】
＜燃料電池出口からの排空気流量の推定方法＞
燃料電池出口からの排空気流量Ｑout は、絞りである空気圧力調整弁１５を通過するため、空気排気圧力計１７で検出される空気圧力調整弁１５の上流圧力と、空気圧力調整弁１５の弁開度と、空気排気温度計１８で検出される排空気気温度から排空気流量Ｑout を推定することができる。
【００４９】
一般に、絞りを通過するガスの体積流量は、下式のように表すことができる。
【００５０】
Ｑ＝Ａ√{(Ｐ0／ρ0)(２κ／(κ−１))(１−(Ｐe ／Ｐ0)(κ−１)／κ)}    …(12)
Ｑ：体積流量
Ａ：絞り断面積
ρ0：ガス密度
κ：比熱比
Ｐ0：絞り上流圧力
Ｐe：絞り下流圧力
これらの関係から、絞りである空気圧力調整弁１５の上流圧力ｐ0と、排空気流量Ｑout 、排空気温度の関係は図１４のようになる。燃料電池からの排空気は、生成水の影響で飽和水蒸気状態になっているのが普通であり、作動温度も広範囲のため、温度の影響とそれに伴う水蒸気圧力の影響（密度ρ0 の変化）によって、排空気流量Ｑout が変化する（温度が高いほど流量が少ない）。このとき空気圧力調整弁１５の弁開度と空気圧力調整弁１５の出口圧力は固定値である。
【００５１】
空気圧力調整弁１５の開度と空気圧力調整弁１５の出口圧力別に、図１４のような制御マップをあらかじめ用意し、コントローラ４３内に記憶しておく。そして、空気排気圧力計１７が検出した空気圧力調整弁１５の上流圧力と空気排気温度計１８が検出した温度から、排空気流量Ｑout の推定値を求める。これにより、高温多湿状態の燃料電池出口の排空気流量Ｑout を推定することができる。
【００５２】
以上、好ましい実施例について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、実施例では、燃料電池から排出される空気流量を推定して空気系の加湿量を制御したが、これに加えて、燃料電池から排出される燃料ガス流量を推定して水素系の加湿量を制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の基本構成を説明するシステム構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の基本構成を説明するシステム構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の基本構成を説明するシステム構成図である。
【図４】燃料電池の単セルの構成を説明する模式断面図である。
【図５】従来技術の問題点を説明する図である。
【図６】従来技術の問題点を説明する図である。
【図７】実施例１における排空気流量に対する加湿量の関係を示す制御マップの例を説明する図である。
【図８】実施例１における排空気温度に対する加湿量の関係を示す制御マップの例を説明する図である。
【図９】実施例１における排空気圧力に対する加湿量の関係を示す制御マップの例を説明する図である。
【図１０】実施例１における燃料電池負荷に対する加湿量の関係を示す制御マップの例を説明する図である。
【図１１】燃料電池本体の過渡状態を説明する図である。
【図１２】実施例２における燃料電池負荷に対する供給空気流量を説明する図である。
【図１３】実施例２における燃料電池負荷に対する燃料電池運転圧力を説明する図である。
【図１４】実施例３における空気圧力調整弁上流圧力に対する排空気流量を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池本体
１ａ…酸化剤極
１ｂ…燃料極
１１…空気コンプレッサ
１２…空気供給経路
１３…空気系加湿装置
１４…空気排気経路
１５…空気圧力調整弁
１６…空気入口圧力計
１７…空気出口圧力計
１８…空気出口温度計
１９…加湿装置バイパス経路
２０…バイパス流量調整弁
２１…高圧水素タンク
２２…水素供給経路
２３…水素調圧弁
２４…水素循環装置
２５…水素系加湿装置
２６…水素循環経路
２７…水素排気経路
２８…水素排出弁
２９…水素入口圧力計
３１…冷却水ポンプ
３２…冷却水循環経路
３３…熱交換器
３４…冷却水温度計
４０…負荷装置
４１…電圧計
４２…電流計
４３…コントローラ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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