(57)【要約】【課題】酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転の可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開する。【選択図】図１
2007194080.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、
燃料ガス供給弁により燃料ガス圧力を調整しつつ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、
酸化剤ガス圧縮機から供給される酸化剤ガスの圧力を酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁により調整しつつ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、
前記燃料電池の出力低下時に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して前記燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を停止する制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧縮機の運転停止後に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を開放して、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開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】
前記酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池の酸化剤極入口に酸化剤ガス圧力センサを有し、
前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧力センサの検出結果に基づき前記酸化剤ガス流量および前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比を算出することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給手段は、前記燃料電池の燃料極入口に燃料ガス圧力センサを有し、
前記制御手段は、前記燃料ガス圧力センサの検出結果に基づき、前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比を前記燃料電池内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比として算出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】
前記酸化剤ガス流量および前記酸化剤ガス圧縮機圧力比の所定範囲は、前記酸化剤ガス流量対前記酸化剤ガス圧縮機圧力比の平面上で前記酸化剤ガス圧縮機がサージングを起こす可能性のあるサージング領域であ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】
前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧縮機の運転停止中に出力要求が変更されたとき、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整して、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開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】
前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整しながら、前記酸化剤ガス圧縮機を通常運転状態に戻す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】
前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機圧力比のままで且つ前記所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開するように、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整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】
前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、前記所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機圧力比で前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開するように、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整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。
【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、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転の可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池の負荷が減少すると、必要とする酸化剤ガス流量が減少して吐出流量が低下するが、この場合、吐出圧力を一定に保持すると、酸化剤ガス圧縮機にサージング現象（酸化剤ガス（空気）が圧縮されない現象）が発生する可能性がある。
【０００５】
このような問題に対処するべく、例えば、特公昭６２−６０７９１号公報に開示の「燃料電池発電システムの圧力制御方法」では、燃料電池の負荷電流を検出し、この負荷電流の減少に基づいて酸化剤ガス圧縮機の回転数および酸化剤ガス圧縮機の酸化ガス吐出圧力を低下させて、運転圧力の最適化を図り、酸化剤ガス圧縮機の運転を安定化させる手法が提案されている。
【特許文献１】特公昭６２−６０７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術は、負荷電流の減少に基づいて酸化剤ガス圧縮機の回転数および酸化剤ガス圧縮機の酸化ガス吐出圧力を低下させるものであるが、出力低下時には燃料極の燃料ガス圧力が下がるまで、酸化剤ガス圧力を落とすことができなかった。そのため、高圧で低流量での運転が酸化剤ガス圧縮機に要求されることとなり、この運転条件は酸化剤ガス圧縮機にとっては厳しく、酸化剤ガス圧縮機の種類によっては安定した運転が困難で、そのため燃料電池に採用できないものもあった。
【０００７】
また同時に、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転は、運転効率の悪い運転範囲でもあり、燃料電池システムの運転効率低下の要因ともなっていた。
【０００８】
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、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転の可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。
【０００９】
また本発明の他の目的は、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、運転効率を向上させた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】
【００１０】
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、燃料ガス供給弁により燃料ガス圧力を調整しつつ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、酸化剤ガス圧縮機から供給される酸化剤ガスの圧力を酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁により調整しつつ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、前記燃料電池の出力低下時に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して前記燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を停止する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲（酸化剤ガス圧縮機がサージングを起こす可能性のあるサージング領域）にあるときに、制御手段により、酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機の運転を停止するので、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の燃料電池システムの実施例１〜実施例４について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例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、燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（空気）の供給により発電を行う燃料電池スタック５を備える。
【００１４】
また、酸化剤ガス供給手段として、酸化剤ガス供給装置１、酸化剤ガス圧縮機２、酸化剤ガス供給流路、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス圧力センサ４、酸化剤ガス排気流路および酸化剤ガス出口調圧弁６を備え、燃料ガス供給手段として、燃料ガス供給装置７、燃料ガス供給弁８、燃料ガス供給流路、燃料ガス圧力センサ９および燃料ガス循環流路を備え、さらに、燃料電池スタック５、酸化剤ガス供給手段および燃料ガス供給手段等の各種センサからの検知信号に基づき各構成要素の制御を行うコントローラ１０を備えた構成である。
【００１５】
燃料電池スタック５は、燃料ガスである水素が供給される燃料極（アノード）と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極（カソード）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。この燃料電池スタック５の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００１６】
燃料電池スタック５の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００１７】
燃料電池スタック５で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極（アノード）や酸化剤極（カソード）に供給する必要があり、燃料電池システムでは、そのための機構として酸化剤ガス供給手段および燃料ガス供給手段が設けられている。
【００１８】
燃料ガス供給手段では、燃料ガス供給源である水素タンク等の燃料ガス供給装置７から供給される燃料ガスが、燃料ガス供給弁８で減圧され、燃料ガス供給流路およびエゼクタ（図示せず）を通って燃料電池スタック５の燃料極に送り込まれるようになっている。燃料電池スタック５の燃料極圧力は、燃料ガス圧力センサ９によって検出するか、或いは現在取り出している燃料電池スタック５の出力等に基づき予測して、コントローラ１０が該検出値または該予測値をフィードバックして燃料ガス供給弁８の動作を制御することで、燃料電池スタック５の燃料極圧力が所望の圧力に保たれる。
【００１９】
また、燃料電池スタック５では、供給された燃料ガスが全て消費されるわけではなく、残った燃料ガス（燃料電池スタック５の燃料極から排出される水素）は、新たに燃料ガス供給装置７から供給されて燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスとエゼクタにて混合されて、再度燃料電池スタック５の燃料極に供給される。このため、燃料電池スタック５の燃料極出口側には燃料ガス循環流路が接続されており、燃料電池スタック５の燃料極から排出される燃料ガスが燃料ガス循環流路およびエゼクタを通って燃料電池スタック５に環流されるようになっている。
【００２０】
一方、酸化剤ガス供給手段では、酸化剤ガス供給装置１より酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス圧縮機２において圧縮、高圧化された後、酸化剤ガス圧力保持弁３を介して酸化剤ガス供給流路に空気が送り込まれ、燃料電池スタック５の酸化剤極へと供給されるようになっている。
【００２１】
また、燃料電池スタック５の酸化剤極出口側には、当該燃料電池スタック５から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排気流路が接続されており、燃料電池スタック５で消費されなかった酸化剤ガス（酸素および空気中の他の成分）は、酸化剤ガス出口調圧弁６および酸化剤ガス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、燃料電池スタック５の酸化剤極圧力は、酸化剤ガス圧力センサ４によって検出するか、或いは現在取り出している燃料電池スタック５の出力等に基づき予測して、コントローラ１０が該検出値または該予測値をフィードバックして酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６の動作を制御することで、燃料電池スタック５の酸化剤極圧力が所望の圧力に保たれる。
【００２２】
なお、冷却機構や加湿手段については、本発明の特徴的部分に直接関係しないために省略している。また、図１は実施例１〜実施例４の各実施例に適用可能な構成を示したもので、実施例１では、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を利用せず、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を具備しない構成である。したがって、上述したコントローラ１０による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は予測値に基づいて行われることとなる。
【００２３】
さらに、コントローラ１０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、或いは予測値に基づき、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。
【００２４】
本実施例のコントローラ１０における特徴的な制御は、燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開する点にある。
【００２５】
ここで、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の所定範囲は、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域である。具体的には、図３および図４の説明図において、（三角形の）領域ＳＡの外部が酸化剤ガス圧縮機２のサージング領域であり、領域ＳＡの内部が酸化剤ガス圧縮機２のサージング領域外で安定した運転が可能な領域である。
【００２６】
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〜図４を参照しながら説明する。ここで、図２は実施例１の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートであり、図３および図４は酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機２の動作点の推移を説明する説明図である。
【００２７】
まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック５の出力低下指示（出力変動）がなされる（ステップＳ１０１）と、コントローラ１０は、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定する（ステップＳ１０２）。
【００２８】
ここで、燃料電池スタック５から現在取り出している出力が決まっている時点で、燃料電池スタック５入口の圧力、流量は決まっており、また、燃料電池スタック５入口までの各部品の圧損特性も予め分かっているので、酸化剤ガス圧縮機２出口で要求される圧力（圧力比）も計算より算出できる。この時、酸化剤ガスの温度も圧損計算が必要になるが、酸化剤ガス圧縮機２の圧力比から計算できる。つまり、この圧力比、酸化剤ガス圧縮機２出口の温度計算を繰り返し行えば、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を計算で予測することが可能となる。
【００２９】
すなわち、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の推定は、以下の手順に沿って行う。
【００３０】
手順１：燃料電池スタック５の出力に基づき、所定のマップテーブルを参照して燃料電池スタック５入口の酸化剤ガスの流量（NL/min）および燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス要求圧力を求める。
【００３１】
手順２：燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス要求圧力からおおよその酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を計算する。
【００３２】
手順３：おおよその酸化剤ガス圧縮機２の圧力比から酸化剤ガス圧縮機２出口の酸化剤ガス温度を計算する。
【００３３】
手順４：おおよその酸化剤ガス圧縮機２の圧力比および酸化剤ガス圧縮機２出口の酸化剤ガス温度から各部品の圧損を求める。
【００３４】
手順５：各部品の圧損に基づき燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス圧力を計算し、燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス要求圧力と比較する。
【００３５】
手順６：該比較に基づき酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を修正し、酸化剤ガス圧縮機２出口の酸化剤ガス温度を計算する。
【００３６】
手順７：修正した酸化剤ガス圧縮機２の圧力比および酸化剤ガス圧縮機２出口の酸化剤ガス温度から燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス圧力を計算し、燃料電池スタック５入口の酸化剤ガス要求圧力と比較する。
【００３７】
（手順６および手順７を繰り返す。）
このようにして、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比が推定されると、次に、その酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域（図３の領域ＳＡ外の斜線領域）内にあるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。
【００３８】
酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、ステップＳ１０２に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転を継続する。
【００３９】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し（ステップＳ１０６）、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して（ステップＳ１０７）、燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。
【００４０】
酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、図３の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機２の圧力比も低下してくるので、ステップＳ１０２と同様に、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定する（ステップＳ１０８）。
【００４１】
また、ステップＳ１０５と同様に、推定した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるか否かを判断し（ステップＳ１１１）、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、ステップＳ１０８に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の停止状態を継続する。
【００４２】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して（ステップＳ１１２）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して運転を再開する（ステップＳ１１３）。
【００４３】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図３参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比であるＰＱｔに推移することとなる。
【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、燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（酸化剤ガス圧縮機２の不安定動作領域または失速領域）にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施例では、酸化剤ガス圧縮機２としてターボ型圧縮機を用いており、図３にそのサージング領域を例示したが、リショルム型圧縮機を用いた場合のサージング領域は図４の破線で示した（三角形の）領域ＳＢの外部となる。すなわち図４では、リショルム型圧縮機を用いた場合には、酸化剤ガス圧縮機２の動作点をＰＱ１からＰＱｔに推移させるとき、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はそのサージング領域外で推移させることができるが、ターボ型圧縮機を用いた場合には、酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域を通過することを示している。つまり、本実施例によれば、酸化剤ガス圧縮機２の種類によらず、安定した運転を行うことができる。
【実施例２】
【００４６】
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。
【００４７】
ただし、実施例２では、酸化剤ガス圧力センサ４を利用するが燃料ガス圧力センサ９は利用せず、燃料ガス圧力センサ９を具備しない構成である。したがって、コントローラ１０による燃料ガスの圧力制御は予測値に基づいて行われることとなる。
【００４８】
また、実施例２のコントローラ１０における特徴的な制御は、燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づき酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開する点にある。
【００４９】
なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（領域ＳＡの外部）とする点は実施例１（図３および図４参照）と同様である。
【００５０】
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３および図５を参照しながら説明する。ここで、図５は実施例２の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。
【００５１】
まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック５の出力低下指示（出力変動）がなされる（ステップＳ２０１）と、コントローラ１０は、酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づき、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを算出する（ステップＳ２０２）。
【００５２】
次に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域（図３の領域ＳＡ外の斜線領域）内にあるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。
【００５３】
酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、ステップＳ２０２に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転を継続する。
【００５４】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し（ステップＳ２０６）、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して（ステップＳ２０７）、燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。
【００５５】
酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、図３の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機２の圧力比も低下してくるので、ステップＳ２０２と同様に、酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づき、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを算出する（ステップＳ２０８）。
【００５６】
また、ステップＳ２０５と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるか否かを判断し（ステップＳ２１１）、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、ステップＳ２０８に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の停止状態を継続する。
【００５７】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して（ステップＳ２１２）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して運転を再開する（ステップＳ２１３）。
【００５８】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図３参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比であるＰＱｔに推移することとなる。
【００５９】
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５の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（酸化剤ガス圧縮機２の不安定動作領域または失速領域）にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。
【００６０】
また、実施例１と比較して、酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づき、より正確な酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を求めることができるので、より正確な制御が可能となり、酸化剤ガス圧縮機２のサージング領域での運転を確実に回避することができると共に、酸化剤ガス圧縮機２の停止時間をより短くして、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開させることができる。
【実施例３】
【００６１】
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。
【００６２】
ただし、実施例３では、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を利用し、せず、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を具備する構成である。したがって、コントローラ１０による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は実測値に基づいて行われることとなる。
【００６３】
また、実施例３のコントローラ１０における特徴的な制御は、燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開する点にある。
【００６４】
なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（領域ＳＡの外部）とする点は実施例１（図３および図４参照）と同様である。
【００６５】
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３および図６を参照しながら説明する。ここで、図６は実施例３の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。
【００６６】
まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック５の出力低下指示（出力変動）がなされる（ステップＳ３０１）と、コントローラ１０は、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する（ステップＳ３０２およびＳ３０３）。
【００６７】
次に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮）がサージング領域（図３の領域ＳＡ外の斜線領域）内にあるか否かを判断する（ステップＳ３０５）。
【００６８】
酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、ステップＳ３０２に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転を継続する。
【００６９】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し（ステップＳ３０６）、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して（ステップＳ３０７）、燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。
【００７０】
酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、図３の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機２の圧力比も低下してくるので、ステップＳ３０２およびＳ３０３と同様に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する（ステップＳ３０８およびＳ３０９）。
【００７１】
また、ステップＳ３０５と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるか否かを判断し（ステップＳ３１１）、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、ステップＳ３０８に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の停止状態を継続する。
【００７２】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して（ステップＳ３１２）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して運転を再開する（ステップＳ３１３）。
【００７３】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図３参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比であるＰＱｔに推移することとなる。
【００７４】
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５の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（酸化剤ガス圧縮機２の不安定動作領域または失速領域）にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。
【００７５】
また、実施例１および実施例２と比較して、燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、より燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を求め、燃料電池スタック６内電解質膜の耐えられる差圧分を見込んで、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開させることで、より実態に即した制御が可能となり、酸化剤ガス圧縮機２のサージング領域での運転を確実に回避することができると共に、酸化剤ガス圧縮機２の停止時間をより短くして、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開させることができる。
【実施例４】
【００７６】
次に、本発明の実施例４に係る燃料電池システムについて説明する。実施例４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。
【００７７】
ただし、実施例４では、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を利用し、せず、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９を具備する構成である。したがって、コントローラ１０による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は実測値に基づいて行われることとなる。
【００７８】
また、実施例３と同様に、燃料電池スタック５の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するが、実施例４のコントローラ１０における特徴的な制御は、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止中に出力要求が変更されたとき、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開する点にある。
【００７９】
ここで、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整しながら、酸化剤ガス圧縮機２を通常運転状態に戻す。
【００８０】
また、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機２の圧力比のままで且つ所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整する。
【００８１】
さらに、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機２の圧力比で酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整する。
【００８２】
なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機２がサージングを起こす可能性のあるサージング領域（図９における領域ＳＡの外部）とする点は実施例１（図３および図４参照）と同様である。
【００８３】
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、図８および図９を参照しながら説明する。ここで、図７および図８は実施例３の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートであり、図９は酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機２の動作点の推移を説明する説明図である。
【００８４】
まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック５の出力低下指示（出力変動）がなされる（ステップＳ４０１）と、コントローラ１０は、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する（ステップＳ４０２およびＳ４０３）。
【００８５】
次に、目標出力に変動があるか否かを判断し（ステップＳ４０４）、目標出力に変動がある場合には、図８に示す出力変動オペレーション中止の処理に移行し（ステップＳ４１５）、目標出力に変動がない場合には、実施例３と同様にステップＳ４０５に進む。
【００８６】
ステップＳ４０５では、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮）がサージング領域（図９の領域ＳＡ外の斜線領域）内にあるか否かを判断する。
【００８７】
酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、ステップＳ４０２に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転を継続する。
【００８８】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、酸化剤ガス圧縮機２の運転を停止し（ステップＳ４０６）、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を遮断して（ステップＳ４０７）、燃料電池スタック５内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。
【００８９】
酸化剤ガス圧縮機２の運転停止後に、図９の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機２の圧力比も低下してくるので、ステップＳ４０２およびＳ４０３と同様に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する（ステップＳ４０８およびＳ４０９）。
【００９０】
また、ステップＳ４０５と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるか否かを判断し（ステップＳ４１１）、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、ステップＳ４０８に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の停止状態を継続する。
【００９１】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して（ステップＳ４１２）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して運転を再開する（ステップＳ４１３）。
【００９２】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図９参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比であるＰＱｔに推移することとなる。
【００９３】
次に、ステップＳ４０４において目標出力に変動がある場合に行われる、出力変動オペレーション中止の処理について、図８を参照して説明する。
【００９４】
目標出力に変動がある場合、まず、目標出力に対する酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比を演算する（ステップＳ５０２）。
【００９５】
次に、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が、現在の酸化剤ガス圧力センサ４の検出結果に基づく燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高いか否かを判断する（ステップＳ５０３）。
【００９６】
変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整しながら（ステップＳ５０４）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して（ステップＳ５０５）、通常運転状態に戻す（ステップＳ５０６）。
【００９７】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図９参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点ＰＱｃで目標出力に変動が発生し、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から変更された要求出力に対して目標とする動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）ＰＱｆ１に推移することとなる。
【００９８】
また、ステップＳ５０３において、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低い場合には、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５１１）。
【００９９】
該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機２の圧力比のままで且つサージング領域（領域ＳＡ外）を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整し（ステップＳ５１２およびＳ５１３）、通常運転状態に戻す（ステップＳ５１４）。
【０１００】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図９参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点ＰＱｃで目標出力に変動が発生し、その時の酸化剤ガス圧縮機２の圧力比のままで酸化剤ガスの流量のみ増大して、サージング領域（領域ＳＡ外）を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機２の運転が再開されて、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から変更された要求出力に対して目標とする動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）ＰＱｆ２に推移することとなる。
【０１０１】
また、ステップＳ５１１において、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、ステップＳ４０２およびＳ４０３と同様に、酸化剤ガス圧力センサ４および燃料ガス圧力センサ９の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機２の燃料電池スタック５内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する（ステップＳ５２１およびＳ５２２）。
【０１０２】
また、目標出力に変動があるか否かを判断し（ステップＳ５２３）、目標出力に変動がある場合には、再び出力変動オペレーション中止処理の先頭（ステップＳ５０２）に戻り、目標出力に変動がない場合にはステップＳ５２４に進む。
【０１０３】
ステップＳ５２４では、ステップＳ４０５と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮）がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるか否かを判断し、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域内（領域ＳＡ外）にあるときは、ステップＳ５２１に戻って、酸化剤ガス圧縮機２の停止状態を継続する。
【０１０４】
また、酸化剤ガス圧縮機２の動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比（差圧分考慮））がサージング領域外（領域ＳＡ内）にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁３および酸化剤ガス出口調圧弁６を開放して（ステップＳ５２５）、酸化剤ガス圧縮機２を起動して運転を再開する（ステップＳ５２６）。
【０１０５】
以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上（図９参照）において、酸化剤ガス圧縮機２の動作点ＰＱｃで目標出力に変動が発生し、その後燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力が低下して、サージング領域（領域ＳＡ外）を外れる酸化剤ガス圧縮機２の圧力比で酸化剤ガス圧縮機２の運転が再開されて、酸化剤ガス圧縮機２の動作点はＰＱ１から変更された要求出力に対して目標とする動作点（酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機２の圧力比）ＰＱｆ３に推移することとなる。
【０１０６】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止中に出力要求が変更されたとき、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整して、酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開することとし、酸化剤ガス圧縮機２の運転停止中に出力要求が変更された場合に運転再開を指示できる構成であるので、酸化剤ガス圧縮機２停止中でも再度運転を再開できる。
【０１０７】
また、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整しながら、酸化剤ガス圧縮機２を通常運転状態に戻すこととしたので、酸化剤ガス圧縮機２停止中でも運転を再開することができる。
【０１０８】
また、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機２の圧力比のままで且つ所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整することとしたので、酸化剤ガス圧縮機２停止中でも運転を再開して、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転モードに戻ることができる。
【０１０９】
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック５の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機２の圧力比で酸化剤ガス圧縮機２の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁３、酸化剤ガス出口調圧弁６および燃料ガス供給弁８の開度を調整することとしたので、酸化剤ガス圧縮機２停止中でも運転を再開して、酸化剤ガス圧縮機２の通常運転モードに戻ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施例１の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。
【図３】酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機２の動作点の推移を説明する説明図である。
【図４】酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機２の動作点の推移を説明する説明図（型別）である。
【図５】実施例２の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。
【図６】実施例３の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。
【図７】実施例４の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャート（その１）である。
【図８】実施例４の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャート（その２）である。
【図９】実施例４の酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機２の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機２の動作点の推移を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１    酸化剤ガス供給装置
２    酸化剤ガス圧縮機
３    酸化剤ガス圧力保持弁
４    酸化剤ガス圧力センサ
５    燃料電池スタック
６    酸化剤ガス出口調圧弁
７    燃料ガス供給装置
８    燃料ガス供給弁
９    燃料ガス圧力センサ
１０    コントローラ
【図１】
2007194080.tif 000003
【図２】
2007194080.tif 000004
【図３】
2007194080.tif 000005
【図４】
2007194080.tif 000006
【図５】
2007194080.tif 000007
【図６】
2007194080.tif 000008
【図７】
2007194080.tif 000009
【図８】
2007194080.tif 000010
【図９】
2007194080.tif 000011