(57)【要約】【課題】燃料電池システムの要求負荷の変動への対応性能を向上させる。【解決手段】燃料電池システム３０は、燃料ガス供給排出機構５０と、酸化ガス供給排出機構６０と、燃料電池を冷却する冷却水循環機構７０とを備える。燃料ガス供給排出機構５０のエアコンプレッサ６２に用いられるモータ６３は、略円筒形のロータ１１０を備えている。ロータ１１０の軸方向の長さをＬ、ロータ１１０の径方向の長さをＤ、モータ６３の許容トルクをＴａ、モータ６３への要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である。【選択図】図４
2012059592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構と、
前記燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構と
を備え、
前記供給排出系機構および／または前記循環系機構に用いられるモータの少なくとも１つは、
略円筒形のロータを備え、
前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
更にバッテリを備え、
前記燃料電池システムへの要求負荷の変動に応じて行う前記少なくとも１つのモータの回転数の変動制御に要する電力を前記バッテリから供給する
燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構と、
前記燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構と、
バッテリと
を備え、
前記供給排出系機構および／または前記循環系機構に用いられるモータの少なくとも１つは、
略円筒形のロータを備え、
該ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値は、Ｔａ≧Ｔｍを満たし、かつ、前記燃料電池システムへの要求負荷の変動に応じて行う前記モータの回転数の変動制御に要する電力量の予定される最大値が、前記バッテリの最大能力の範囲内に収まるように設定された
燃料電池システム。
【請求項４】
前記Ｌ／Ｄの値は、０．５以上６以下である請求項１ないし請求項３のいずれか記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるモータであって、
略円筒形のロータを備え、
前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である
モータ。
【請求項６】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構に用いられる空気圧縮機であって、
略円筒形のロータを有するモータを備え、
前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である
空気圧縮機。
【請求項７】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるポンプであって、
略円筒形のロータを有するモータを備え、
前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である
ポンプ。
【請求項８】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるモータの設計方法であって、
前記モータに用いる略円筒形のロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、前記モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値をＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値に設定する
モータの設計方法。
【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関し、更に詳しくは、負荷変動対応技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池システムを搭載した車両が開発されている。かかる車両では、燃料電池システムの出力を用いて車両の駆動電力を供給するが、燃料電池システムへの要求負荷の増大時には、補機用モータの回転数変動などの制御が必要になるために必要電力が増加する。この増加する必要電力を確保するためには、燃料電池に燃料ガスと酸化ガスとを常に余剰に供給して必要負荷よりも余剰に発電を行えばよいが、かかる構成では、燃費が悪化することとなる。そこで、負荷変動対応用の電力をバッテリから供給することが行われている。
【０００３】
例えば、運転者のアクセル操作に伴って要求負荷が増大すると、燃料電池に酸化ガスを供給する電動エアコンプレッサのモータの回転数の変動に必要な増加電力は、バッテリから供給される。この増加電力の大きさは、アクセル操作への応答性を向上させればさせるほど、また、燃料電池の出力を上昇させればさせるほど大きくなる。
【０００４】
しかしながら、バッテリの容量には限りがあるために、実現できる応答性や出力性能には限界が生じる。そのため、ドライバビリティを所望の程度に確保できない場合があり、燃料電池システムの要求負荷の変動への対応性能の向上が求められていた。かかる問題は、エアコンプレッサ用のモータに限らず、燃料電池システムを構成する種々のモータに共通するものであった。もとより、車両に搭載する燃料電池システムに限らず、要求負荷が変動する用途に用いられる種々の燃料電池システムに共通するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８９９２４号公報
【特許文献２】特開２００８−９９３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池システムの要求負荷の変動への対応性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構と、
前記燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構と
を備え、
前記供給排出系機構および／または前記循環系機構に用いられるモータの少なくとも１つは、
略円筒形のロータを備え、
前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である
燃料電池システム。
【０００９】
かかる構成の燃料電池システムは、供給排出系機構および／または循環系機構に用いられるモータの少なくとも１つがロータを備え、当該ロータは、Ｔａ≧Ｔｍを満たす略最大値でＬ／Ｄの値が設定されている。すなわち、予定される最大トルクを出力可能な範囲で、Ｌ／Ｄの値が略最大に設定されている。ロータのイナーシャは、Ｌ／Ｄの値が大きくなるほど小さくなるので、かかるモータは、モータの回転数の増大制御に要する電力量を低減することができる。その結果、燃料電池システムへの要求負荷が増大した場合に、燃料電池システムの出力電力を増大させるための制御に必要な増大電力を低減させることができる。したがって、増大電力を容量が有限のバッテリの出力で供給する場合、増大電力が低減される分だけ、要求負荷の増大に対する応答性を向上させることが可能となり、燃料電池システムの要求負荷の変動への対応性能が向上する。また、増大電力を上乗せした出力で燃料電池システムを運転する場合、その上乗せ分の電力を低減することができるので、燃料電池システムの出力の利用効率が向上し、燃料電池システムの要求負荷の変動への対応性能を向上させることができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムであって、更にバッテリを備え、前記燃料電池システムへの要求負荷の変動に応じて行う前記少なくとも１つのモータの回転数の変動制御に要する電力を前記バッテリから供給する燃料電池システム。
【００１１】
かかる構成の燃料電池システムは、燃料電池システムの出力電力を増大させるための制御に必要な増大電力をバッテリから供給するので、増大電力を上乗せした出力で燃料電池システムを運転する必要がない。したがって、燃料電池システムの出力の利用効率が向上する。しかも、適用例１で述べたように、ロータのイナーシャを低減し、増大電力を低減させた分だけ、要求負荷の増大に対する応答性を向上させることが可能となるので、限りあるバッテリ容量の範囲内であっても、高い応答性を実現することができる。
【００１２】
［適用例３］燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構と、前記燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構と、バッテリとを備え、前記供給排出系機構および／または前記循環系機構に用いられるモータの少なくとも１つは、略円筒形のロータを備え、該ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値は、Ｔａ≧Ｔｍを満たし、かつ、前記燃料電池システムへの要求負荷の変動に応じて行う前記モータの回転数の変動制御に要する電力量の予定される最大値が、前記バッテリの最大能力の範囲内に収まるように設定された燃料電池システム。
【００１３】
かかる構成の燃料電池システムは、燃料電池システムへの要求負荷の変動に応じて行うモータの回転数の変動制御に要する電力量を全てバッテリから供給することができるので、増大電力を上乗せした出力で燃料電池システムを運転する必要がない。したがって、燃料電池システムの出力の利用効率が向上する。
【００１４】
［適用例４］前記Ｌ／Ｄの値は、０．５以上６以下である適用例１ないし適用例３のいずれか記載のモータ。
【００１５】
かかる構成の燃料電池システムは、Ｌ／Ｄの値を０．５以上６以下としてもよい。適用例１の燃料電池システムのモータのロータは、通常、Ｌ／Ｄの値がこの範囲になることが多い。
【００１６】
また、本発明は、適用例５のモータ、適用例６の空気圧縮機、適用例７のポンプ、適用例８のモータの設計方法としても実現することができる。
［適用例５］燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるモータであって、略円筒形のロータを備え、前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値であるモータ。
【００１７】
［適用例６］燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構に用いられる空気圧縮機であって、略円筒形のロータを有するモータを備え、前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値である空気圧縮機。
【００１８】
［適用例７］燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応に供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるポンプであって、略円筒形のロータを有するモータを備え、前記ロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、該モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値であるポンプ。
【００１９】
［適用例８］燃料電池システムにおいて、燃料電池の電池化学反応供する反応ガスの供給排出系機構、および／または、該燃料電池を冷却する冷却水の循環系機構に用いられるモータの設計方法であって、前記モータに用いる略円筒形のロータの軸方向の長さをＬ、該ロータの径方向の長さをＤ、前記モータの許容トルクをＴａ、前記モータへの要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値をＴａ≧Ｔｍを満たす略最大値に設定するモータの設計方法。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池車２０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池システム３０を構成するエアコンプレッサ６２用のモータ６３の概略構成を示す説明図である。
【図３】モータ６３を構成するロータ１１０の外形寸法を示す斜視図である。
【図４】ロータ１１０のＬ／Ｄ比の設定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
Ａ．実施例：
Ａ−１．燃料電池システム２０の構成：
本発明の実施例としての燃料電池システム３０を搭載する燃料電池車２０の概略構成を図１に示す。燃料電池車２０は、動力源として燃料電池システム３０を搭載した車両である。図示するように、燃料電池車２０は、燃料電池システム３０、電力供給機構８０、制御ユニット９０等を備えている。
【００２２】
燃料電池システム３０は、電気化学反応により、燃料電池車２０の動力源としての電気エネルギーを発生させるシステムである。この燃料電池システム３０は、図１に示すように、燃料電池スタック４０と燃料ガス供給排出機構５０と酸化ガス供給排出機構６０と冷却水循環機構７０とを備えている。
【００２３】
燃料電池スタック４０は、単セル４１を複数積層し、その積層方向の両脇を、出力端子を備えるターミナル、インシュレータ、エンドプレートで順次挟持することによって構成される。単セル４１は、アノード、カソード、電解質、セパレータ等からなり、発電の最小単位を構成する。本実施例においては、単セル４１として、固形高分子形燃料電池を用いているが、種々の形式の燃料電池を用いることが可能である。
【００２４】
燃料ガス供給排出機構５０は、水素タンク５１、レギュレータ５２、水素循環ポンプ５３を備えている。水素タンク５１に貯蔵された燃料ガスとしての水素ガスは、レギュレータ５２によって圧力及び供給量が調整されて、各々の単セル４１のアノードに供給される。そして、アノードからの排ガス（以下、アノードオフガスと呼ぶ）は、水素循環ポンプ５３を介して単セル４１に再循環される。水素循環ポンプ５３には、水素循環ポンプ５３に駆動力を提供するモータ５４が設けられている。なお、アノードオフガスは、再循環させずに系外に排出してもよいし、再循環させつつ、間欠的に系外に排出してもよい。
【００２５】
酸化ガス供給排出機構６０は、エアクリーナ６１、エアコンプレッサ６２、加湿器６４を備えている。エアクリーナ６１から吸入された空気は、エアコンプレッサ６２によって圧縮され、さらに加湿器６４で加湿されて、各々の単セル４１のカソードに酸化ガスとして供給される。エアコンプレッサ６２には、エアコンプレッサ６２に駆動力を提供するモータ６３が設けられている。カソードからの排ガス（以下、カソードオフガスと呼ぶ）は、加湿器６４を介して系外に排出される。本実施例では、加湿器６４は、水蒸気を選択的に透過させる水蒸気透過膜を備えており、水蒸気透過膜を透過したカソードオフガスに含まれる水蒸気を用いて、単セル４１に供給する空気を加湿する構成としている。なお、アノードオフガスを系外に排出する場合には、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合して排出してもよい。
【００２６】
冷却水循環機構７０は、ラジエータ７１、冷却水循環ポンプ７２を備えている。冷却水循環ポンプ７２には、冷却水循環ポンプ７２に駆動力を提供するモータ７３が設けられている。この冷却水循環機構７０は、各々の単セル４１との間で冷却水を循環させ、単セル４１での吸熱とラジエータ７１での放熱とを繰り返すことによって、単セル４１の運転温度を調節する。
【００２７】
電力供給機構８０は、燃料電池車２０の構成機器の各々に電力を供給する機構であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１、バッテリ８２、インバータ８３，８４を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、燃料電池スタック４０の出力電圧やバッテリ８２の出力電圧を所定の電圧に昇圧または降圧する。バッテリ８２は、補助電源として用意されている。バッテリ８２には、燃料電池システム３０の発電電力のうちの余剰電力が蓄電される。後述する駆動モータ９３によって発生する回生電力をＤＣ−ＤＣコンバータ８１を介してバッテリ８２に蓄電する構成としてもよい。なお、補助電源は、キャパシタなどであってもよい。
【００２８】
インバータ８３は、燃料電池スタック４０からの直流出力や、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１によって昇圧されたバッテリ８２の直流出力を三相交流に変換して、可変に制御される所定の周波数で駆動モータ９３に供給する。駆動モータ９３は、減速ギア９５を介して、駆動輪９６に駆動力を提供する。インバータ８４は、バッテリ８２の直流出力や、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１によって降圧された燃料電池スタック４０の直流出力を三相交流に変換して、可変に制御される所定の周波数で補機用モータ、例えば、モータ５４，６３，７３に供給する。このインバータ８４は、補機用モータごとに設けられている。
【００２９】
上述した燃料電池車２０の各構成機器は、制御ユニット９０により制御運転される。制御ユニット９０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるＥＣＵ(Engine Control Unit)として構成されている。制御ユニット９０は、アクセル（図示省略）を介して出力要求ＯＲを受けると、燃料電池システム３０の構成機器（例えば、レギュレータ５２、モータ５４，６３，７３）や電力供給機構８０の構成機器（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１、インバータ８３，８４）などに駆動信号を出力し、燃料電池車２０の動作全般を制御する。なお、本実施例では、燃料電池システム３０を制御する制御ユニットと、燃料電池車２０の走行を制御する制御ユニットとを一体的に構成した制御ユニット９０を用いたが、これらは、個別的に構成されていてもよい。
【００３０】
本実施例においては、制御ユニット９０は、出力要求ＯＲに応じた燃料電池システム３０の出力制御を行う。運転者が燃料電池車２０を加速させるためにアクセルを踏み込むと、制御ユニット９０は、そのアクセル開度に応じた出力要求ＯＲを受け付けて、燃料電池システム３０の発電量を増加させる制御を行う。具体的には、制御ユニット９０がインバータ８４に所定の信号を与えると、インバータ８４がＶＶＶＦ制御によって、モータ５４，６３の回転数を増加させる。これによって、燃料ガス供給排出機構５０および酸化ガス供給排出機構６０によって供給される反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）の供給量が増加し、発電量が増加する。この際、制御ユニット９０は、必要に応じて、レギュレータ５２の開度を調節して、水素タンク５１から燃料ガスを供給する。さらに、制御ユニット９０は、モータ７３の回転数を増加させて、冷却水循環機構７０によって循環される冷却水の循環速度を増加させる。この制御は、発電量の増加に伴って、燃料電池スタック４０の温度が過剰に上昇することを抑制するために行う。
【００３１】
このようにモータ５４，６３，７３の回転数を増加させるためには、モータ５４，６３，７３の回転数増加に伴う消費電力の増加分だけ、燃料電池車２０の必要電力が増加することとなる。この増加分の電力の供給には、バッテリ８２の出力が用いられる。
【００３２】
Ａ−２．エアコンプレッサ６２用のモータ６３の概略構成：
燃料電池車２０におけるエアコンプレッサ６２用のモータ６３の概略構成を図２に示す。図２は、モータ６３の断面を示している。本実施例では、モータ６３は、永久磁石型同期モータである。ただし、モータ６３の形式は、特に限定するものではなく、種々の形式の交流モータとすることができる。もとより、直流電力が入力される場合には、直流モータであってもよい。図１に示すように、モータ６３は、ロータ１１０とステータ１２０と、シャフト１３０とレゾルバ１４０とを備えている。
【００３３】
ロータ１１０は、鋼板が複数積層された略円筒形のロータコアに貫通孔が設けられ、この貫通孔に永久磁石１１５が挿入されて構成される。ステータ１２０は、ロータ１１０の径方向の外側に配置されている。このステータ１２０は、鋼板が複数積層されたステータコアに励磁コイル巻線が巻回されて構成される。励磁コイル巻線は、回転軸方向に沿ったステータコアの両端において、加圧形成されたコイルエンド１２５を形成する。なお、上述の説明からも明らかなように、モータ６３は、インナーロータ型であるが、アウターロータ型であってもよい。ステータ１２０の励磁コイル巻線にインバータ８４を介して交流電圧を印加すると、その交流電圧に応じた回転磁界が発生して、ロータ１１０が回転し、さらに、ステータ１２０と連結されたシャフト１３０が回転して、エアコンプレッサ６２の空気圧縮駆動力が発生する。レゾルバ１４０は、シャフト１３０に取り付けられたレゾルバロータがロータ１１０と同位相で回転する回転角をコイル巻線に誘起される電圧に基づいて検知する。
【００３４】
かかるモータ６３に用いられるロータ１１０の外形寸法を図３に示す。図示するように、ロータ１１０は、略円筒形状を有している。このロータ１１０の回転軸方向の長さはＬであり、径方向の長さはＤである。このＬとＤとは、所定の関係を有している。具体的には、モータ６３の許容トルクをＴａ、モータ６３への要求が予定される最大トルクをＴｍとしたとき、Ｌ／Ｄの値はＴａ≧Ｔｍを満たす最大値で設定されている。なお、詳しい説明は省略するが、モータ５４，７３についても、ロータのＬ／Ｄの値は、同様に設定されている。
【００３５】
このようにＬ／Ｄの値が設定されている理由について図４を用いて説明する。出力要求ＯＲの増加に伴い、モータ６３の回転数を増加させるために必要な電力（以下、加速分電力ともいう）は、モータ６３やエアコンプレッサ６２のイナーシャ、設定する応答時間、エアコンプレッサ６２の仕事量によって変動する。ここで、モータ６３のロータ１１０のイナーシャは、ロータ１１０の質量をＷ、内径をｄとすれば、次式（１），（２）などを用いて算出できる。
円板のイナーシャＪ＝１／８・ＷＤ2・・・（１）
中空円筒のイナーシャＪ＝１/１２・Ｗ（Ｄ2＋ｄ2）・・・（２）
【００３６】
式（１），（２）からも明らかなように、ロータ１１０のイナーシャは、Ｌの値に影響を受けず、Ｄの値が大きくなるほど増大する。つまり、ロータ１１０のイナーシャは、Ｌ／Ｄの値を大きく設定するほど、すなわち、ロータ１１０の略円筒形状が相対的に細長くなるにしたがって小さくなる。このことに起因して、加速分電力は、図４に示すように、Ｌ／Ｄの値を大きく設定すればするほど、低減することができる。
【００３７】
一方で、Ｌ／Ｄの値が増加すると、ステータ１２０に確保できるスロット数が減少するため、得られるトルクは減少する。したがって、図４に示すように、Ｌ／Ｄの値が増加するにしたがって、許容トルクＴａは減少する。そこで、本実施例においては、Ｌ／Ｄの値をＴａ≧Ｔｍを満たす最大値（Ｔａ＝ＴｍとなるＬ／Ｄの値）に設定しているのである。このように設定することによって、最大トルクＴｍを出力できる範囲で、すなわち、エアコンプレッサ６２に必要な性能を損なわない範囲で、加速分電力をＬ／Ｄの値と加速分電力との関係において極小化することができる。なお、従来のモータの設計手法では、このような点に配慮してＬ／Ｄの値を設定することは行われていない。このようにして設定するＬ／Ｄの値は、モータの形式や設計諸元などによって異なるが、通常、値０．５以上、値６．０以下程度の値となる。なお、Ｌ／Ｄの値は、上述したようにＴａ＝Ｔｍとなる値で設定する必要はなく、所望の応答性が実現できるのであれば、Ｔａ≧Ｔｍを満たす最大値付近の値としてもよい。例えば、Ｔａ≧Ｔｍを満たす最大値の９０％の値であってもよい。
【００３８】
Ａ−３．効果：
かかる構成の燃料電池システム３０は、酸化ガス供給排出機構６０に用いるモータ６３のロータ１１０が、Ｔａ≧Ｔｍを満たす最大値でＬ／Ｄの値が設定されている。ロータ１１０のイナーシャは、Ｌ／Ｄの値が大きくなるほど小さくなるので、モータ６３の回転数の増大制御に要する電力量が、Ｌ／Ｄの値との関係において最大限低減される。その結果、燃料電池システムへの要求負荷が増大した場合に、燃料電池システム３０の出力電力を増大させるための制御に必要な加速分電力を低減させることができる。また、燃料ガス供給排出機構５０、冷却水循環機構７０に用いるモータ５４，７３についても、ロータのＬ／Ｄの値が同様に設定されているので、同様の効果を得ることができる。バッテリ８２の容量は有限であるため、その範囲内でしかバッテリ８２から加速分電力を供給できないが、本実施例の構成によれば、加速分電力が低減した分だけ出力要求ＯＲの増大に対する応答性を向上させることが可能となる。また、加速分電力が低減した分まで応答性を高める必要がない場合は、消費電力が低減するので、燃料電池システム３０の燃費を向上させることができる。
【００３９】
また、燃料電池システム３０は、加速分電力をバッテリ８２から供給するので、加速分電力を上乗せした出力で燃料電池システム３０を運転する必要がない。したがって、燃料電池システム３０の出力の利用効率が向上し、その結果、燃料電池システム３０の燃費が向上する。
【００４０】
Ｂ.変形例：
上述の実施例の変形例について説明する。
Ｂ−１．変形例１：
上述の実施形態においては、ロータ１１０のＬ／Ｄの値は、Ｔａ≧Ｔｍを満たす最大値で設定されたが、かかる構成に限られるものではない。Ｌ／Ｄの値は、Ｔａ≧Ｔｍを満たし、かつ、燃料電池システム３０への要求負荷の変動に応じて行うモータ６３の回転数の変動制御に要する電力量の予定される最大値が、バッテリ８２の最大能力の範囲内に収まるように設定されていればよい。モータ５４，７３についても同様である。こうしても、加速分電力が低減した分までの範囲で出力要求ＯＲの増大に対する応答性を向上させることが可能となる。
【００４１】
Ｂ−２．変形例２：
上述の実施形態においては、燃料ガス供給排出機構５０、酸化ガス供給排出機構６０、冷却水循環機構７０に用いるモータ５４，６３，７３の各々が上述したＬ／Ｄの値を有するロータを備える構成としたが、このようなロータを備えるモータは、燃料ガス供給排出機構５０、酸化ガス供給排出機構６０および冷却水循環機構７０に用いられるモータの少なくとも１つであってもよい。かかる場合であっても、所定程度の効果を得ることができる。ただし、全てのモータに適用すれば、本発明の効果が最大限に得られ、望ましいことは勿論である。
【００４２】
Ｂ−３．変形例３：
上述の実施形態においては、加速分電力をバッテリ８２の出力によって供給する構成としたが、かかる構成に限られるものではない。例えば、出力要求ＯＲに加えて、想定される加速分電力を上乗せした出力が得られるように、燃料電池システム３０を常時運転し、加速分電力を燃料電池システム３０の出力から供給する構成としてもよい。かかる構成であっても、従来のモータを用いた場合と比べて、加速分電力を低減することができる分だけ、燃料電池車２０の燃費を向上させることができる。勿論、加速分電力の一部をバッテリ８２の出力で供給し、残りを燃料電池システム３０の出力の上乗せ分で供給してもよい。
【００４３】
Ｂ−４．変形例４：
上述の実施形態においては、燃料電池車２０に搭載した燃料電池システム３０を例示したが、燃料電池システム３０は、他の移動体、例えば、自動二輪車などに搭載するものであってもよい。もとより、燃料電池システム３０は、移動体に搭載するものに限らず、商用電源を併用せずに、燃料電池システム３０を搭載する種々の電力消費装置に好適に適用することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立クレームに記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。また、本発明はこうした実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、実施例に示した固体高分子形燃料電池に限らず、ダイレクトメタノール形燃料電池、リン酸形燃料電池など種々の燃料電池に適用することができる。また、本発明は、燃料電池システムに用いるモータの設計方法としても実現することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２０…燃料電池車
３０…燃料電池システム
４０…燃料電池スタック
４１…単セル
５０…燃料ガス供給排出機構
５１…水素タンク
５２…レギュレータ
５３…水素循環ポンプ
５４…モータ
６０…酸化ガス供給排出機構
６１…エアクリーナ
６２…エアコンプレッサ
６３…モータ
６４…加湿器
７０…冷却水循環機構
７１…ラジエータ
７２…冷却水循環ポンプ
７３…モータ
８０…電力供給機構
８１…ＤＣ−ＤＣコンバータ
８２…バッテリ
８３，８４…インバータ
９０…制御ユニット
９３…駆動モータ
９５…減速ギア
９６…駆動輪
１１０…ロータ
１１５…永久磁石
１２０…ステータ
１２５…コイルエンド
１３０…シャフト
１４０…レゾルバ
ＯＲ…出力要求
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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