(57)【要約】【課題】  燃料電池入口水素圧力センサが故障した場合であっても、運転を継続できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部５１において、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果を使用せず、水素調圧弁下流圧力センサ４１の検知結果に基づき水素調圧弁下流圧の目標値を演算するので、スタック入口水素圧力センサ４２が故障しても、水素調圧弁下流圧力センサ４１の検知結果に基づき、水素調圧弁下流圧制御部５２により、水素調圧弁下流圧が該目標値となるように水素調圧弁２３を制御することができ、燃料電池システムの運転を継続することができる。【選択図】    図１
2007048519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス調圧手段と、
前記燃料ガス調圧手段の下流の燃料ガス圧力を検知する調圧手段下流圧検知手段と、
前記燃料電池の入口の燃料ガス圧力を検知する燃料電池入口燃料ガス圧検知手段と、
前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算する目標調圧手段下流圧演算手段と、
調圧手段下流圧が前記調圧手段下流圧の目標値となるように前記燃料ガス調圧手段を制御する調圧手段下流圧制御手段と、
前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障を判定する故障判定手段と、を有し、
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果を使用せず、前記調圧手段下流圧検知手段の検知結果に基づき前記調圧手段下流圧の目標値を演算することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、
前記燃料電池の運転状態に基づきフィードフォワード制御量を演算するフィードフォワード制御手段と、
前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果と燃料電池入口燃料ガス圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック制御手段と、
前記フィードフォワード制御量および前記フィードバック制御量に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算する第１演算手段と、を有し、
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記第１演算手段は、前記フィードフォワード制御量のみに基づき調圧手段下流圧の目標値を演算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】
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、
前記燃料電池の運転状態に基づきフィードフォワード制御量を演算するフィードフォワード制御手段と、
前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果と燃料電池入口燃料ガス圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御量を学習してフィードバック補正値を記憶する学習記憶手段と、
前記フィードフォワード制御量、前記フィードバック補正値および前記フィードバック制御量に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算する第２演算手段と、を有し、
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記第２演算手段は、前記フィードフォワード制御量および前記フィードバック補正値に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算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４】
前記燃料電池から排出された燃料ガスを循環させて該燃料電池に供給する循環手段を有し、
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記循環手段の運転状態に応じて前記燃料電池入口燃料ガス圧の変動分を予測し、前記調圧手段下流圧の目標値を補正することを特徴とする請求項１〜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】
前記燃料ガスをパージするパージ弁と、
前記パージ弁の通過流量を検出するパージ弁通過流量検出手段と、を有し、
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記パージ弁の開閉状態と前記パージ弁通過流量検出手段の検出結果に基づき燃料電池入口燃料ガス圧を推定し、該推定値が前記燃料電池入口燃料ガス圧の目標値となるよう調圧手段下流圧を制御することを特徴とする請求項１〜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】
前記酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤ガス調圧手段と、
前記燃料電池の入口の酸化剤ガス圧力を検知する燃料電池入口酸化剤ガス圧検知手段と、
前記燃料電池入口酸化剤ガス圧が所定の目標値となるように前記酸化剤ガス調圧手段を制御する酸化剤ガス圧制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記燃料電池の入口における燃料ガス圧力および酸化剤ガス圧力の許容差圧と、前記燃料電池の入口の燃料ガス圧力の制御精度とに基づき、前記燃料電池入口燃料ガス圧の目標値を設定し、
前記酸化剤ガス圧制御手段は、前記目標調圧手段下流圧演算手段により設定された燃料電池入口燃料ガス圧の目標値に基づき前記燃料電池入口酸化剤ガス圧の最大値を設定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、過渡制御時の前記燃料電池の出力変化率を、前記燃料電池の入口における燃料ガス圧力および酸化剤ガス圧力の許容差圧と、燃料電池入口燃料ガス圧の制御精度とに基づき、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段が正常であって該検出結果を前記調圧手段下流圧の目標値演算に用いているときの出力変化率より小さく制限し、
前記酸化剤ガス圧制御手段は、前記燃料電池入口酸化剤ガス圧の変化率を、前記制限した燃料電池の出力変化率に応じた変化率に制限することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、
前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記燃料電池の最大出力を、前記燃料電池の入口における燃料ガス圧力および酸化剤ガス圧力の許容差圧と、燃料電池入口燃料ガス圧の制御精度とに基づき、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段が正常であって該検出結果を前記調圧手段下流圧の目標値演算に用いているときの燃料電池の最大出力より小さく制限することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか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】
本発明は燃料電池システムに係り、特に、燃料電池入口水素圧力センサが故障した場合であっても、運転を継続できる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気および高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、水素を含む燃料ガスおよび空気等の酸化剤ガスを電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置である。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用電源としての用途が期待されている。
【０００３】
ところで、このような燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転圧力は、一般に、燃料電池入口の圧力に目標値を与えて、調圧弁でその圧力を制御する。例えば、特開２００３−９２１２５号公報に開示の「燃料電池制御装置」では、燃料電池入口の水素圧力に応じて水素レギュレータをフィードバック制御して、燃料電池入口水素圧を所望の値に制御している。
【特許文献１】特開平２００３−９２１２５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、上述した特許文献１に開示された技術においては、燃料電池の入口水素圧力を水素調圧弁で直接フィードバック制御しているため、レギュレータから燃料電池入口圧力センサまでの圧損や体積要素によって、目標圧力への制御精度と応答性が悪くなるという問題があった。
【０００５】
この問題を解決する方法として、水素圧を検出する圧力センサを燃料電池入口と燃料ガス調圧装置下流の２箇所に設置して、燃料電池入口水素圧力が目標圧力になるように調圧装置と燃料電池入口水素圧力センサ間の圧損や体積要素を考慮して目標水素調圧装置下流圧力を演算し、該目標水素調圧装置下流圧力と水素調圧装置下流圧力検出値に応じて水素調圧弁を制御することによって、水素圧力制御の制御性能を向上させる方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、このような制御方法であっても、燃料電池入口水素圧力センサが故障してしまった場合には、水素圧力制御を継続することはできず、燃料電池システムを停止しなくてはならないという事情があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池入口水素圧力センサが故障した場合であっても、運転を継続できる燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス調圧手段と、前記燃料ガス調圧手段の下流の燃料ガス圧力を検知する調圧手段下流圧検知手段と、前記燃料電池の入口の燃料ガス圧力を検知する燃料電池入口燃料ガス圧検知手段と、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算する目標調圧手段下流圧演算手段と、調圧手段下流圧が前記調圧手段下流圧の目標値となるように前記燃料ガス調圧手段を制御する調圧手段下流圧制御手段と、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障を判定する故障判定手段と、を備え、前記故障判定手段により前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、前記目標調圧手段下流圧演算手段は、前記燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果を使用せず、前記調圧手段下流圧検知手段の検知結果に基づき前記調圧手段下流圧の目標値を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムでは、故障判定手段により燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の故障と判定されたとき、目標調圧手段下流圧演算手段において、燃料電池入口燃料ガス圧検知手段の検知結果を使用せず、調圧手段下流圧検知手段の検知結果に基づき調圧手段下流圧の目標値を演算するので、燃料電池入口燃料ガス圧検知手段が故障しても、調圧手段下流圧検知手段の検知結果に基づき、調圧手段下流圧制御手段により、調圧手段下流圧が該目標値となるように燃料ガス調圧手段を制御することができ、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の燃料電池システムの実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
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図である。本実施例の燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、図１に示すように、水素および空気の供給により発電を行う燃料電池スタック１を備える。
【００１２】
燃料電池スタック１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。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。
【００１３】
（数１）
アノード（水素極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                     （１）
（数２）
カソード（酸素極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋(1/2)Ｏ2→Ｈ2Ｏ         （２）
アノードへの水素供給は、例えば水素タンク（特許請求の範囲にいう燃料ガス供給手段に該当する）２１から減圧弁２２および水素調圧弁（燃料ガス調圧手段に該当する）２３を通じてなされる。水素タンク２１から供給される高圧水素は、減圧弁２２で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素調圧弁２３で燃料電池スタック１の入口での水素圧力が所望の水素圧に制御される。
【００１４】
水素調圧弁下流圧力センサ（調圧手段下流圧検知手段に該当する）４１は、水素調圧弁２３の下流の水素（燃料ガス）圧力である水素調圧弁下流圧を検出し、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段に該当する）４２は、燃料電池スタック１の入口の水素（燃料ガス）圧力であるスタック入口水素圧を検出する。
【００１５】
また、エゼクタ２４は、アノードで消費されなかった水素を再循環させるために設置されている。また、水素循環ポンプ２５は、エゼクタ２４が機能しない発電領域で作動され、水素を循環させる。このように、必要に応じて、燃料電池スタック１から排出された水素（燃料ガス）を循環させて該燃料電池スタック１に供給する循環手段を用いて、水素を循環させて再利用しても良く、これにより効率の向上が狙える。
【００１６】
パージ弁２６は水素（燃料ガス）をパージするもので、例えば、カソードに空気を供給した場合には、カソードからアノードへ窒素が透過してくるので水素系内の水素分圧が低下し、燃料電池スタック１の発電性能が低下する。そこで、所望の水素分圧を確保するために、定期的にパージ弁２６を開いて水素系内に蓄積した窒素を排出する。また、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばし、セル電圧を回復させるという用途にも用いられる。
【００１７】
一方、空気供給系は、外気を吸入して燃料電池スタック１のカソードに空気を圧送するためのコンプレッサ（図示せず）および空気供給流路等を備え、コンプレッサによって空気供給流路内に空気が送り込まれて、燃料電池スタック１のカソードへと供給される。空気供給系の構成については特に限定されない。
【００１８】
また、パワーマネージャ５７は、燃料電池スタック１から電力を取り出して、車両を駆動するモータ等の負荷（図示せず）へ電力を供給する。
【００１９】
さらに、図１では、コントロールユニットを図に示していないが、コントロールユニットは、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段に該当する）５１と、水素調圧弁下流圧制御部（調圧手段下流圧制御手段に該当する）５２と、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段に該当する）５３と、パージ弁制御部５５と、水素循環ポンプ制御部５６と、を備えて構成される。具体的に、コントロールユニットは、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、各種センサの検出値を読み込んで、その検出値に対する判断、演算結果により、各種制御信号を出力して、燃料電池システムの各部における動作を制御するものである。
【００２０】
コントロールユニットの目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１は、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の検知結果に基づき水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）の目標値を演算する。また、水素調圧弁下流圧制御部（調圧手段下流圧制御手段）５２は、水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）が水素調圧弁下流圧の目標値となるように水素調圧弁（燃料ガス調圧手段）２３を制御する。
【００２１】
また、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３は、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障を判定する。なお、スタック入口水素圧力センサ４２の故障検知方法は、例えば、燃料電池スタック１の入口圧が水素調圧弁下流圧より高いこと、或いは、燃料電池スタック１の入口圧が上限値または下限値に張り付いていること、などで判断することができる。
【００２２】
また、パージ弁制御部５５は、例えばタイマーにより定められた周期でパージ弁を開閉させる。さらに、水素循環ポンプ制御部５６は、アイドルなどの燃料電池スタック１の目標取出電力が小さいところでは水素消費量が少なく、エゼクタ２４では水素が循環しない領域があるので水素循環ポンプ２５を作動させる。
【００２３】
なお、本実施例の特徴的な制御は、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１において、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の検知結果を使用せず、水素調圧弁下流圧力センサ（調圧手段下流圧検知手段）４１の検知結果に基づき水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）の目標値を演算し、水素調圧弁下流圧制御部（調圧手段下流圧制御手段）５２により、水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）が該目標値となるように水素調圧弁（燃料ガス調圧手段）２３を制御することで、燃料電池システムの運転を継続することにある。
【００２４】
次に、以上のように構成される本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図２および図３を参照しながら具体的に説明する。ここで、図２は目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図であり、図３は水素調圧弁下流圧制御部５２の具体的な構成図である。
【００２５】
水素供給系における水素ガスの圧力制御は、コントロールユニットの目標水素調圧弁下流圧演算部５１および水素調圧弁下流圧制御部５２の指示のもとに行われる。
【００２６】
まず、目標水素調圧弁下流圧演算部５１では、スタック入口水素圧力センサ４２で検出された実際の燃料電池スタック１の入口圧を目標圧力にするための水素調圧弁下流圧の目標値を演算する。
【００２７】
図２に示すように、目標水素調圧弁下流圧演算部５１は、燃料電池スタック１の運転状態に基づきフィードフォワード制御量１５２を演算するフィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）ＦＦ０１と、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック部（フィードバック制御手段）ＦＢ０１と、フィードフォワード制御量およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値１５７を演算する加算器（第１演算手段）１０５と、を備えて構成され、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたとき、加算器１０５において、フィードフォワード制御量のみに基づき水素調圧弁下流圧の目標値１５７を演算する。
【００２８】
フィードフォワード部ＦＦ０１では、燃料電池スタック１の目標電流に対するフィードフォワード値のデータを保持する参照テーブル１０１を備えて、燃料電池スタック１の目標取出電流１５１（目標取出電力）に基づき、目標水素調圧弁下流圧のフィードフォワード値１５２を演算する。
【００２９】
また、フィードバック部ＦＢ０１は、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果１５６と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値１５５とのずれを求める減算器１０４と、スタック入口圧力センサ故障検知部５３の判定結果１５４に基づいて、センサ故障時には「０」値１５３を、センサ正常時には減算器１０４の演算結果をそれぞれ出力する選択器１０２と、比例積分演算を行うＰＩ制御器１０３と、を備えて構成されている。
【００３０】
すなわち、フィードバック部ＦＢ０１では、スタック入口水素圧力センサ４２が正常なときは、燃料電池スタック１入口の目標圧力１５５と検出圧１５６に応じて目標調圧弁下流圧の補正量を演算し、フィードフォワード部で演算された目標水素調圧弁下流圧を補正する。しかし、スタック入口圧力センサ故障検知部５３でスタック入口水素圧力センサ４２の故障を検知したときには、目標スタック入口圧と実スタック圧力の差を「０」として、フィードバック制御の積分項を保持したままフィードバック制御を停止する。
【００３１】
ここで、フィードバック成分項も「０」としてしまいフィードバック制御を停止することも可能である。但し、この場合は、フィードバック制御を停止した瞬間に水素調圧弁下流圧の目標値がステップ的に変化してしまい、調圧制御が不安定になることが考えられるので、フィードバック成分項を徐々に「０」に近づけるといった工夫が必要である。
【００３２】
次に、水素調圧弁下流圧制御部５２では、水素調圧弁下流圧力センサ４１で検出された水素調圧弁下流圧を目標水素調圧弁下流圧演算部５１で演算された目標水素調圧弁下流圧にするため、水素調圧弁２３の開度あるいは駆動電流を制御する。
【００３３】
図３に示すように、水素調圧弁下流圧制御部５２は、目標水素調圧弁下流圧演算部５１で演算された目標水素調圧弁下流圧１５７と水素調圧弁下流圧力センサ４１の検出結果１５８とのずれを求める減算器１０６と、比例積分演算を行うＰＩ制御器１０７と、を備えて、水素調圧弁２３の開度を出力する構成である。
【００３４】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１において、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の検知結果を使用せず、水素調圧弁下流圧力センサ（調圧手段下流圧検知手段）４１の検知結果に基づき水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）の目標値を演算するので、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障しても、水素調圧弁下流圧力センサ（調圧手段下流圧検知手段）４１の検知結果に基づき、水素調圧弁下流圧制御部（調圧手段下流圧制御手段）５２により、水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）が該目標値となるように水素調圧弁（燃料ガス調圧手段）２３を制御することができ、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池システムでは、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１を、燃料電池スタック１の運転状態に基づきフィードフォワード制御量１５２を演算するフィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）ＦＦ０１と、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック部（フィードバック制御手段）ＦＢ０１と、フィードフォワード制御量およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値１５７を演算する加算器（第１演算手段）１０５と、を備えて構成し、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたとき、加算器１０５において、フィードフォワード制御量のみに基づき水素調圧弁下流圧の目標値を演算する。
【００３６】
このように、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合に、フィードフォワード制御のみに基づいて燃料ガス圧力制御を継続する構成としたので、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合でも、燃料電池入口水素圧力の制御を継続することができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の実施例２に係る燃料電池システムについて説明する。実施例２の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００３８】
本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図４を参照しながら具体的に説明する。ここで、図４は実施例２における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【００３９】
図４に示すように、目標水素調圧弁下流圧演算部５１は、燃料電池スタック１の運転状態に基づきフィードフォワード制御量１５２を演算するフィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）ＦＦ０２と、フィードバック制御量を学習してフィードバック補正値を記憶する学習記憶手段ＬＳ０２と、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック部（フィードバック制御手段）ＦＢ０２と、フィードフォワード制御量、フィードバック補正値およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値２５７を演算する加算器（第２演算手段）２０５と、を備えて構成され、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたとき、加算器２０５において、フィードフォワード制御量およびフィードバック補正値に基づき水素調圧弁下流圧の目標値２５７を演算する。
【００４０】
フィードフォワード部ＦＦ０２およびフィードバック部ＦＢ０２の構成および作用については、実施例１におけるフィードフォワード部ＦＦ０１およびフィードバック部ＦＢ０１と同等であるので詳細な説明を省略する。
【００４１】
また、学習記憶手段ＬＳ０２は、スタック入口水素圧力センサ４２が正常なときに、フィードバック補正値を学習記憶するフィードバック補正値学習記憶装置２０１を備えた構成である。
【００４２】
つまり、フィードバック制御が行われている間は、例えば、燃料電池スタック１入口の目標圧力１５５に応じたフィードバック演算値を学習記憶する。学習の方法としては、例えば、燃料電池スタック１の定常状態におけるフィードバック積分項が正のときは学習値に所定の値を加え、また負のときは学習値から所定の値を引くといった方法や、フィードバック積分項に所定のゲインを掛けた値を学習値に加えるといった方法などで行うことができる。
【００４３】
このような学習記憶を繰り返し行っておき、スタック入口水素圧センサ４２が故障したときに、この学習値を用いてフィードフォワード値１５２の補正を行う。こうすることでスタック入口水素圧センサ４２が故障しても、フィードバック制御と同等の効果が得られるので、燃料電池スタック１入口の水素圧力の制御精度を保つことができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、フィードバック制御量を学習してフィードバック補正値を記憶する学習記憶手段ＬＳ０２を備えて構成し、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合に、フィードフォワード制御と、学習記憶手段ＬＳ０２が記憶したフィードバック補正値と、に基づいて燃料ガス圧力制御を継続する構成としたので、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合でも、燃料電池スタック１入口において精度の良い燃料ガス圧力制御を継続することができる。
【実施例３】
【００４５】
次に、本発明の実施例３に係る燃料電池システムについて説明する。実施例３の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。
【００４６】
本実施例における燃料電池システムの運転時の動作について、図５を参照しながら具体的に説明する。ここで、図５は実施例３における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【００４７】
図５に示すように、目標水素調圧弁下流圧演算部５１は、燃料電池スタック１の運転状態に基づきフィードフォワード制御量１５２を演算するフィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）ＦＦ０３と、循環手段（水素循環ポンプ２５）の運転状態に応じて燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の変動分を予測し、水素調圧弁下流圧の目標値を補正する補正部と、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック部（フィードバック制御手段）ＦＢ０３と、フィードフォワード制御量、補正値およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値３５７を演算する演算器３０５と、を備えて構成され、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２が正常と判定されたとき、演算器３０５において、フィードフォワード制御量およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値３５７を演算し、また、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたとき、演算器３０５において、フィードフォワード制御量および補正値に基づき水素調圧弁下流圧の目標値３５７を演算する。
【００４８】
フィードフォワード部ＦＦ０３およびフィードバック部ＦＢ０３の構成および作用については、実施例１におけるフィードフォワード部ＦＦ０１およびフィードバック部ＦＢ０１と同等であるので詳細な説明を省略する。
【００４９】
また、補正部は、水素循環ポンプ制御部５５によって与えられる循環手段（水素循環ポンプ２５）の回転数３５３（運転状態）に応じた補正量を保持する参照テーブル３０１と、スタック入口圧力センサ故障検知部５３の判定結果１５４に基づいて、センサ正常時には「０」値３５１を、センサ故障時には参照テーブル３０１の参照結果をそれぞれ出力する選択器３０２と、を備えて構成されている。
【００５０】
つまり、本実施例の目標水素調圧弁下流圧演算部５１では、スタック入口水素圧力センサ４２が故障したときに、循環手段（水素循環ポンプ２５）の動作状態に応じて燃料スタック１入口の水素圧が変動することを考慮して、水素調圧弁下流圧の目標値３５７を補正する。
【００５１】
実施例１と同様に、目標電流１５１を燃料電池スタック１から取り出すときの燃料電池スタック１入口の水素圧目標値を実現するために必要な水素調圧弁下流圧の目標値をフィードフォワード値１５２で与える。しかし、循環手段（水素循環ポンプ２５）が動作している場合は、例えば、それがポンプである場合には、ポンプの回転数に応じて揚程が発生して燃料電池スタック１入口の水素圧が上昇する。この燃料電池スタック１入口の水素圧変動を考慮して、燃料電池スタック１入口の水素圧が目標圧になるように水素調圧弁下流圧の目標値を補正する。すなわち、回転数が上がると揚程も大きくなるので、水素調圧弁下流圧の目標値を小さくするように補正する。こうすることで、スタック入口水素圧力の制御精度が向上できる。
【００５２】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池から排出された燃料ガスを循環させる循環手段（水素循環ポンプ２５）の運転状態に応じて燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の変動分を予測し、水素調圧弁下流圧の目標値を補正する補正部を備えて構成し、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障したときに、フィードフォワード制御と補正値とに基づいて燃料ガス圧力制御を継続する構成としたので、循環手段（水素循環ポンプ２５）の運転状態が変化しても、燃料電池スタック１入口において精度の良い燃料ガス圧力制御を継続することができる。
【実施例４】
【００５３】
次に、図６は本発明の実施例４に係る燃料電池システムの構成図である。
【００５４】
本実施例の燃料電池システムは、実施例１の構成（図１）に対して、パージ弁上流圧センサ４３および大気圧センサ４４を付加した構成であり、図６において、実施例１（図１）と同等の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５５】
なお、本実施例の特徴的な構成および制御は、パージ弁２６の通過流量を検出するパージ弁通過流量検出手段を備え、目標調圧手段下流圧演算手段５１において、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、パージ弁２６の開閉状態とパージ弁通過流量検出手段の検出結果に基づき燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧を推定し、該推定値が燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の目標値となるよう水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）を制御することで、燃料電池システムの運転を継続することにある。
【００５６】
次に、本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図７および図８を参照しながら具体的に説明する。ここで、図７は目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図であり、図８は目標水素調圧弁下流圧演算部５１における燃料電池スタック１入口の推定圧力を求める部分の具体的な構成図である。
【００５７】
なお、実施例１と同様に、水素供給系における水素ガスの圧力制御は、コントロールユニットの目標水素調圧弁下流圧演算部５１および水素調圧弁下流圧制御部５２の指示のもとに行われるが、水素調圧弁下流圧制御部５２については、構成（図３参照）および作用は実施例１と同等であるので、その節明を省略する
目標水素調圧弁下流圧演算部５１は、図７に示すように、燃料電池スタック１の運転状態に基づきフィードフォワード制御量１５２を演算するフィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）ＦＦ０４と、燃料電池スタック１入口の推定圧力またはスタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づきフィードバック制御量を演算するフィードバック部（フィードバック制御手段）ＦＢ０４と、フィードフォワード制御量およびフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値４５７を演算する加算器４０５と、を備えて構成されている。
【００５８】
このような構成において、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の正常と判定されたとき、加算器４０５では、フィードフォワード制御量、並びに、スタック入口水素圧力センサ４２の検知結果と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づくフィードバック制御量に基づき水素調圧弁下流圧の目標値４５７を演算し、他方、スタック入口圧力センサ故障検知部５３によりスタック入口水素圧力センサ４２の故障と判定されたときに、加算器４０５では、フィードフォワード制御量、並びに、燃料電池スタック１入口の推定圧力と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値とのずれに基づいたフィードバック制御量から水素調圧弁下流圧の目標値４５７を演算する。
【００５９】
フィードフォワード部ＦＦ０４では、燃料電池スタック１の目標電流に対するフィードフォワード値のデータを保持する第１参照テーブル１０１を備えて、燃料電池スタック１の目標取出電流１５１（目標取出電力）に基づき、目標水素調圧弁下流圧のフィードフォワード値１５２を演算する。
【００６０】
また、フィードバック部ＦＢ０４は、スタック入口圧力センサ故障検知部５３の判定結果１５４に基づいて、センサ故障時には燃料電池スタック１入口の推定圧力４５１を、センサ正常時にはスタック入口水素圧力センサ４２の検知結果１５４をそれぞれ出力する選択器４０２と、選択器４０２の出力と燃料電池スタック１の入口（水素）圧の目標値１５５とのずれを求める減算器４０４と、比例積分演算を行うＰＩ制御器４０３と、を備えて構成されている。
【００６１】
ここで、燃料電池スタック１入口の推定圧力４５１は、図８に示す構成により求められる。すなわち、目標水素調圧弁下流圧演算部５１における燃料電池スタック１入口の推定圧力を求める部分は、取り出し電流４５２に応じた発電利用水素量を保持する参照テーブル４０７と、パージ弁上流圧センサ４３によるパージ弁上流圧４５４および大気圧センサ４４による大気圧４５３に応じたパージ流量を保持する参照テーブル４０８と、参照テーブル４０７により求めた発電利用水素量、並びに、参照テーブル４０８により求めたパージ流量に基づき消費水素量を算出する加算器４０６と、水素調圧弁下流圧力センサ４１による水素調圧弁下流圧４５７および消費水素量に応じた燃料電池スタック１の入口推定圧を保持する参照テーブル４０９と、を備えて構成されている。
【００６２】
なお、パージ弁上流圧センサ４３、大気圧センサ４４および参照テーブル４０８は、パージ弁２６の通過流量を検出するパージ弁通過流量検出手段に該当する。
【００６３】
燃料電池システムに固有のパージ弁２６のオリフィス径、該パージ弁２６の上流圧および大気圧がわかると、パージ流量がわかる。すなわち、パージ弁２６のオリフィス径が大きいほど、またパージ弁２６の上流圧が大きいほど、また大気圧が小さいほど、パージ流量は大きくなる。なお、本実施例の変形例として、パージガス経路に流量計を備え、直接パージ流量を測定しても良い。
【００６４】
パージ弁２６が開いているときの上記演算から求められるパージ流量と、燃料電池スタック１の電流から求められる水素消費量と、実測による水素調圧弁下流圧がわかるので、これらを基に燃料電池スタック１の入口水素圧力４５１を推定する。この推定値を用いて、目標水素調圧弁下流圧の演算が継続されることとなる。
【００６５】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、パージ弁２６の通過流量を検出するパージ弁通過流量検出手段を備え、目標調圧手段下流圧演算手段５１において、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、パージ弁２６の開閉状態とパージ弁通過流量検出手段の検出結果に基づき燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧を推定し、該推定値が燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の目標値となるよう水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）を制御するので、パージ弁通過流量が変化しても精度の良い燃料ガス圧力制御を継続することができる。
【実施例５】
【００６６】
次に、図９は本発明の実施例５に係る燃料電池システムの構成図である。
【００６７】
図９に示す本実施例の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）に対して、空気供給系を具体的に示したものであり、図７において、実施例１（図１）と同等の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６８】
空気供給系は、外気を吸入して燃料電池スタック１のカソードに空気を圧送するためのコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３３および空気供給流路を備え、コンプレッサ３３によって空気供給流路内に空気が送り込まれて、燃料電池スタック１のカソードへと供給されるようになっている。なお、酸化剤ガス供給手段としては、空気コンプレッサ以外に、例えば酸素タンクや圧縮空気などを使うこともできる。
【００６９】
また、燃料電池スタック１の酸化剤極出口側には、当該燃料電池スタック１から空気を排出するための空気排気流路が接続されており、燃料電池スタック１で消費されなかった酸素および空気中の他の成分は、空気排気流路を通して系外に排出されるようになっている。また、空気排気流路には空気調圧弁（酸化剤ガス調圧手段）３２が設けられており、燃料電池スタック１の入口の酸素（酸化剤ガス）圧力はスタック入口空気圧力センサ（燃料電池入口酸化剤ガス圧検知手段）４５によって検出され、コントロールユニットの空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４がスタック入口空気圧力センサ４５の検出値をフィードバックして空気調圧弁３２の動作を制御することで、燃料電池スタック１の入口空気圧力が所望の圧力に保たれる。
【００７０】
一般に固体高分子型の燃料電池には、固体高分子膜の強度の面から燃料極と酸化剤極の差圧に許容値が設定される。この許容値を満足させるために、例えば燃料電池スタック１入口の水素と空気の目標圧力を同じ値にすることが考えられる。
【００７１】
図１０に、コントロールユニットの空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４の具体的な構成図を示す。
【００７２】
同図において、空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４は、スタック入口空気圧力センサ４５の検知結果５５２と燃料電池スタック１の入口（空気）圧の目標値５５１とのずれを求める減算器５０１と、比例積分演算を行うＰＩ制御器５０２と、を備えて構成されている。すなわち、空気圧力制御部５４は、燃料電池スタック１の入口空気圧の目標値５５１とスタック入口空気圧力センサ４５で検知する実スタック入口空気圧力５５２が一致するように、空気調圧弁３２の開度５５３を制御する。
【００７３】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に空気（酸化剤ガス）を供給するコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３３と、燃料電池スタック１の入口の空気（酸化剤ガス）圧力を検知するスタック入口空気圧力センサ（燃料電池入口酸化剤ガス圧検知手段）４５と、空気（酸化剤ガス）の圧力を調整する空気調圧弁（酸化剤ガス調圧手段）３２と、燃料電池入口酸化剤ガス圧が所定の目標値となるように圧力制御弁３２を制御する空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４と、を備え、コンプレッサ３３で圧送する空気の燃料電池スタック１入口での空気圧力を空気調圧弁で制御できるようにする。これにより、燃料電池スタック１入口の空気（酸化ガス）圧力を所望の圧力に制御することができる。
【実施例６】
【００７４】
次に、本発明の実施例６に係る燃料電池システムについて説明する。本実施例の燃料電池システムは、上述した各実施例の何れにも適用可能なものである。
【００７５】
本実施例の特徴的なところは、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１において、燃料電池スタック１の入口における水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１の入口の水素（燃料ガス）圧力の制御精度とに基づき、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の目標値を設定し、空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４において、目標水素調圧弁下流圧演算部５１により設定された燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の目標値に基づき燃料電池スタック１入口の空気（酸化剤ガス）圧の最大値を設定することである。
【００７６】
すなわち、燃料電池スタック１入口における推定水素圧力が、許容差圧と燃料電池スタック１入口の水素圧力の制御精度に基づいて決定される所定圧力となるように水素調圧制御を行い、同時に該所定圧力に基づいて空気の最大圧力を決定して空気圧力制御を行うものである。
【００７７】
所定（一定値）の燃料電池スタック１入口の水素圧力の目標値ＰHと、燃料電池スタック１入口の空気圧力の最大値ＰAIRMAXの決め方を、式（３）、式（４）に示し、以下に具体例を用いて説明する。但し、差圧の上限値をＰDIFとし、燃料電池スタック１入口の水素圧力制御精度をＰACとする。
【００７８】
（数３）
ＰH＝１／２×ＰDIF                                          （３）
（数４）
ＰAIRMAX＝３／２×ＰDIF−ＰAC                               （４）
例えば、差圧の上限値ＰDIFが４０［ｋＰａ］、スタック入口水素圧力センサ４２が故障したときの燃料電池スタック１入口の水素圧力の制御精度ＰACが±１０［ｋＰａ］だとする。これより、燃料電池スタック１入口の水素圧力の目標値ＰHは、差圧上限値ＰDIFの半分の圧力から２０［ｋＰａ＿ｇ］と決める。すると、燃料電池スタック１入口の水素圧力は１０〜３０［ｋＰａ＿ｇ］となるので、差圧上限値ＰDIFを考慮すると、燃料電池スタック１入口の空気圧力の最大値ＰAIRMAXは、５０［ｋＰａ＿ｇ］と設定される。
【００７９】
この設定圧力に基づいて、水素および空気の圧力制御を行えば、スタック入口水素圧力センサ４２が故障しても差圧を守りながら燃料電池システムの運転を続けることができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１入口における推定水素（燃料ガス）圧力が、燃料電池スタック１の入口における水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１の入口の水素（燃料ガス）圧力の制御精度に基づいて決定される所定圧力（一定値）となるように水素（燃料ガス）圧力制御を行い、該所定圧力に基づいて空気（酸化剤ガス）の最大値を決定して空気（酸化剤ガス）圧力制御を行う構成としたので、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合でも、燃料電池スタック１の許容差圧を満たしながら燃料電池システムの運転を継続することができる。
【実施例７】
【００８１】
次に、本発明の実施例７に係る燃料電池システムについて説明する。本実施例の燃料電池システムは、上述した各実施例の何れにも適用可能なものである。
【００８２】
本実施例の特徴的なところは、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１において、過渡制御時の燃料電池スタック１の出力変化率を、燃料電池スタック１の入口における水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の制御精度とに基づき、スタック入口水素圧力センサ４２が正常であって該検出結果を水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）の目標値演算に用いているときの出力変化率より小さく制限し、空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）５４において、燃料電池スタック１入口の空気（酸化剤ガス）圧の変化率を、制限した燃料電池スタック１の出力変化率に応じた変化率に制限することである。
【００８３】
図１１および図１２には、それぞれ本実施例を適用したときおよび本実施例を適用しないときの（ａ）取出電流（出力）の時間変化、（ｂ）燃料電池スタック入口の水素圧力の時間変化、（ｃ）燃料電池スタック入口の空気圧力の時間変化、（ｄ）空気−水素差圧の時間変化を示す。
【００８４】
スタック入口水素圧力センサ４２が故障したときの水素の調圧制御は、実スタック入口水素圧を用いたフィードバック制御を行っていないため、急激な過渡運転状態では圧力を上げ下げするために必要な水素供給量補正ができず、燃料電池スタック１入口の水素圧力の制御精度は大きく低下する。そのため、燃料電池スタック１の出力電流の変化率の大きさを制限しなければ、要求差圧を守ることができない。
【００８５】
そこで本実施例では、差圧上限を満足するように上記制限を実行し、燃料電池スタック１の出力電流の変化率を制限する（図１１（ａ）および図１２（ａ）参照）ことで、過渡での水素圧力制御の精度悪化を抑えている。また、空気の圧力制御についても、この出力の変化率に合わせて、ゆっくり変化させる（図１１（ｃ）および図１２（ｃ）参照）ようにしている。このようにして、過渡運転制御時においても、差圧上限を満たしながら燃料電池システムの運転を継続する。
【００８６】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、過渡運転時に、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の制御精度とに基づき燃料電池スタック１の出力変化率を制限し、かつ燃料電池スタック１入口の空気（酸化剤ガス）圧の変化率も出力変化率に対応した値に制限する構成としたので、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合でも、燃料電池スタック１の出力の急激な過渡状態における水素調圧制御の精度低下を抑制することができ、燃料電池スタック１の許容差圧を満たしながら燃料電池システムの運転を継続することができる。
【実施例８】
【００８７】
次に、本発明の実施例８に係る燃料電池システムについて説明する。本実施例の燃料電池システムは、上述した各実施例の何れにも適用可能なものである。
【００８８】
本実施例の特徴的なところは、スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）５３によりスタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２の故障と判定されたとき、目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）５１において、燃料電池スタック１の最大出力を、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の制御精度とに基づき、スタック入口水素圧力センサ４２が正常であって該検出結果を水素調圧弁下流圧（調圧手段下流圧）の目標値演算に用いているときの燃料電池スタック１の最大出力より小さく制限することである。
【００８９】
燃料電池スタック１は運転圧力を上げると発電効率が向上するが、低負荷で高圧運転を行うと、コンプレッサなどで空気を加圧して供給しているシステムにあっては、増大するコンプレッサ仕事量の割合が大きくなり、実際に取り出せる電力が低下することでシステムとしての効率が低下してしまう。
【００９０】
そこで本実施例の燃料電池システムでは、（一般的に）高負荷になるほど加圧量を大きくするようにして運転する。ここで、（ａ）取出電流（出力）、（ｂ）燃料電池スタック入口の水素圧力、（ｃ）燃料電池スタック入口の空気圧力および（ｄ）空気−水素差圧、それぞれの時間変化については、図１１および図１２を参照されたい。このような圧力制御を行っている燃料電池システムにおいて、スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合には、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）と空気（酸化ガス）の許容差圧と、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧力の制御精度とに基づき最大出力を制限することで、差圧上限を満たしながら燃料電池システムの運転を続ける。
【００９１】
具体的には、最大電流をＩMAXとし、最大電流における燃料電池スタック１入口の水素圧をＰREF(ＩMAX)とし、燃料電池スタック１入口の水素圧力の推定誤差をＰERROR(ＩMAX)とするとき、差圧上限値ＰDIFが式（５）を満たすときの最大電流ＩMAXで最大出力を設定する。以下に具体例を用いて説明する。
【００９２】
（数５）
ＰREF(ＩMAX)−ＰERROR(ＩMAX)＝ＰDIF                            （５）
上述したように、燃料電池スタック１の電流に対してスタック圧力は上昇させられる。このとき空気の圧力はセンサにて計測できるが、水素の圧力は推定しなくてはならないので、ある程度の誤差が出てしまう。この誤差を例えば推定値±２０［％］とし、また許容差圧を例えば２０［ｋＰａ］とする。この性能において、例えば電流１５０［Ａ］で目標スタック入口圧が１００［ｋＰａ］のときには、水素圧力の推定誤差が±２０［ｋＰａ］となり、これ以上の圧力においては要求差圧を守れなくなってしまう可能性が出てくる。よって、差圧上限を守れる運転圧力以下の領域、この場合は１５０［Ａ］を上限電流とする。
【００９３】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧力および空気（酸化剤ガス）圧力の許容差圧と、燃料電池スタック１入口の水素（燃料ガス）圧の制御精度とに基づき、最大出力を制限する構成としたので、
スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）４２が故障した場合でも、差圧が許容値を越えることなく、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施例１における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【図３】実施例１における水素調圧弁下流圧制御部５２の具体的な構成図である。
【図４】実施例２における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【図５】実施例３における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【図６】本発明の実施例４に係る燃料電池システムの構成図である。
【図７】実施例４における目標水素調圧弁下流圧演算部５１の具体的な構成図である。
【図８】目標水素調圧弁下流圧演算部５１における燃料電池スタック１入口の推定圧力を求める部分の具体的な構成図である。
【図９】本発明の実施例５に係る燃料電池システムの構成図である。
【図１０】実施例５における空気圧力制御部５４の具体的な構成図である。
【図１１】実施例７を適用したときの（ａ）取出電流（出力）の時間変化、（ｂ）燃料電池スタック入口の水素圧力の時間変化、（ｃ）燃料電池スタック入口の空気圧力の時間変化、（ｄ）空気−水素差圧の時間変化を例示する説明図である。
【図１２】実施例７を適用しないときの（ａ）取出電流（出力）の時間変化、（ｂ）燃料電池スタック入口の水素圧力の時間変化、（ｃ）燃料電池スタック入口の空気圧力の時間変化、（ｄ）空気−水素差圧の時間変化を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１    燃料電池スタック（燃料電池）
２１    水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２    減圧弁
２３    水素調圧弁（燃料ガス調圧手段）
２４    エゼクタ
２５    水素循環ポンプ（循環手段）
２６    パージ弁
３２    空気調圧弁（酸化剤ガス調圧手段）
３３    コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
３４    空気調圧弁（酸化剤ガス調圧手段）
４１    水素調圧弁下流圧力センサ（調圧手段下流圧検知手段）
４２    スタック入口水素圧力センサ（燃料電池入口燃料ガス圧検知手段）
４３    パージ弁上流圧センサ（パージ弁通過流量検出手段）
４４    大気圧センサ（パージ弁通過流量検出手段）
４５    スタック入口空気圧力センサ（燃料電池入口酸化剤ガス圧検知手段）
５１    目標水素調圧弁下流圧演算部（目標調圧手段下流圧演算手段）
５２    水素調圧弁下流圧制御部（調圧手段下流圧制御手段）
５３    スタック入口圧力センサ故障検知部（故障判定手段）
５４    空気圧力制御部（酸化剤ガス圧制御手段）
５５    パージ弁制御部
５６    水素循環ポンプ制御部
５７    パワーマネージャ
ＦＦ０１〜ＦＦ０４    フィードフォワード部（フィードフォワード制御手段）
ＦＢ０１〜ＦＢ０３    フィードバック部（フィードバック制御手段）
ＬＳ０２    学習記憶手段
１０１，３０１，４０７〜４０９    参照テーブル
１０２，３０２，４０２    選択器
１０３，１０７，５０２    ＰＩ制御器
１０４，１０６，４０４，５０１    減算器
１０５    加算器（第１演算手段）
２０５    加算器（第２演算手段）
４０５，４０６    加算器
２０１    フィードバック補正値学習記憶装置
３０５    演算器
【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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