(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、該燃料電池に要求される負荷に応じて回転数が変化する回生制御可能なモータとを備えた移動体用の燃料電池システムであって、
燃料電池負荷が低下中であり、かつ、移動速度が設定速度以上であるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって肯定的な判断結果が得られた場合には、前記モータの回生制御を回避し、惰性運転によって前記モータの回転数の低減を行う回転数制御手段と
を具備する燃料電池システム。
【請求項２】
前記判断手段は、前記移動体が減速中であり、かつ、移動速度が設定以上であるか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記モータは、前記燃料電池に反応ガスを供給するポンプを駆動するモータであり、
前記設定速度は、該移動体が前記設定速度で移動した場合に生じる外部騒音のレベルと、前記惰性運転によって前記モータを回転させた場合に生じる内部騒音のレベルとを考慮して設定された速度である、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記モータは、前記燃料電池から排出された燃料オフガスの少なくとも一部を燃料ガスの供給路に戻す循環ポンプを駆動するモータであり、
前記惰性運転による前記モータの回転数の低下により、該モータの回転数が下限閾値を下回ったか否かを検知する第１検知手段と、
前記モータの回転数が下限値を下回った場合に、前記燃料電池に供給される燃料ガス中に含まれる水素ガスの濃度を高める調整手段と
をさらに具備する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記循環路にはパージ路が分岐接続され、
前記調整手段は、前記パージ路に設けられたパージ弁を利用して前記燃料オフガスを外部に排出する量を調整することで、前記燃料電池に供給される燃料ガス中に含まれる水素ガスの濃度を高める、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記モータは、前記燃料電池に酸化ガスを供給するコンプレッサを駆動するモータであり、
前記惰性運転による前記モータの回転数の低下により、該モータの回転数が下限閾値を下回ったか否かを検知する第２検知手段と、
前記モータの回転数が下限値を下回った場合に、前記燃料電池に供給する酸化ガスを利用して、該酸化ガスの供給路の掃気を行う掃気処理手段と
をさらに具備する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記酸化ガスの供給路と前記酸化ガスの排出路との間には、未反応の酸化ガスの少なくとも一部を外部へ導くバイパス路が接続され、
前記バイパス路には、外部に排出する未反応ガスの量を調整するバイパス弁が設けられ、
前記掃気処理手段によって前記供給路の掃気が行われる際、前記バイパス弁を利用して前記燃料電池に供給される酸化ガスの量を調整するバイパス弁調整手段と
をさらに具備する、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関する。
【背景技術】
【０００２】
石油依存の車社会の将来像が懸念されている現代では、ハイブリッド燃料電池システムを搭載した自動車の普及が期待されている。ハイブリッド燃料電池システムは、電力源として燃料電池とバッテリ（二次電池）を備えており、燃料電池とバッテリは負荷に対して並列に接続されるとともに、燃料電池と負荷との間、及びバッテリと負荷との間にはそれぞれ電圧変換を行うための高圧コンバータが介挿されている。
【０００３】
ところで、自動車などの車両に搭載されたハイブリッド燃料電池システムの負荷は、建物などに設置される定置型のハイブリッド燃料電池システムの負荷に比べて変動が著しく大きい。
このため、燃料電池に反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）を供給する各ポンプなどの回転数は、当該負荷の変動に応じて大きく変動する。例えば、運転手がアクセルペダルの踏み込みを急に止めると（図３のα１参照）、負荷は大きく減少する。この負荷の減少に応じて各ポンプの回転数も低下させる必要があり、従来は下記特許文献１に記載の如く、各ポンプの回生制御（すなわち、ポンプのモータを発電機として動作させ、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電源等に帰還させること）により、負荷の減少に応じて各ポンプの回転数を低下させていた（図３のα２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１１２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、負荷の減少に併せて各ポンプの回生制御を行うと、モータの回転数が大きく低下するが、モータの回転数が大きく低下した状態で再加速指令（例えば、急発進指令）が行われる場合（例えば平坦な道路から上り坂にさしかかり、アクセルペダルを踏み込む場合など）もある。
【０００６】
従来は、このような再加速指令に応えるべく（すなわち、加速時の応答性を確保するべく）、各ポンプを駆動するモータとして高いトルク性能を発揮できる高トルクモータを使用していたが、かかるモータを使用した場合には、高コスト化を招来するとともに、装置が大型化してしまうといった問題があった。
【０００７】
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、従来に比してトルクの低いモータを利用しても加速時の応答性を確保することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池に要求される負荷に応じて回転数が変化する回生制御可能なモータとを備えた移動体用の燃料電池システムであって、燃料電池負荷が低下中であり、かつ、移動速度が設定速度以上であるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって肯定的な判断結果が得られた場合には、前記モータの回生制御を回避し、惰性運転によって前記モータの回転数の低減を行う回転数制御手段とを具備する。
【０００９】
かかる構成によれば、燃料電池に要求される負荷（各種モータや補機などから要求される電力）が低下中かつ移動速度が設定速度以上である場合に、回生制御を行うことなく、惰性運転によって該モータの回転数を低減させる。これにより、その後、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして再加速を行ったとしても（図３のβ２参照）、従来に比して加速力は小さくて良いため、トルクの小さなモータ（すなわち、小型のモータ）を採用することが可能となり、従来に比して低コスト化、装置の小型化を実現することが可能となる。すなわち、惰性運転によってモータの回転数を低減させた場合には、回生運転によってモータの回転数を低減させた場合に対して、回転数の低減を小さくすることができ、これにより、従来に比して小型のモータを採用することが可能となる。
【００１０】
ここで、上記構成にあっては、前記判断手段は、前記移動体が減速中であり、かつ、移動速度が設定以上であるか否かを判断する態様が好ましく、また、前記モータは、前記燃料電池に反応ガスを供給するポンプを駆動するモータであり、前記設定速度は、該移動体が前記設定速度で移動した場合に生じる外部騒音のレベルと、前記惰性運転によって前記モータを回転させた場合に生じる内部騒音のレベルとを考慮して設定された速度である態様が好ましい。
【００１１】
また、上記構成にあっては、前記モータは、前記燃料電池から排出された燃料オフガスの少なくとも一部を燃料ガスの供給路に戻す循環ポンプを駆動するモータであり、前記惰性運転による前記モータの回転数の低下により、該モータの回転数が下限閾値を下回ったか否かを検知する第１検知手段と、前記モータの回転数が下限値を下回った場合に、前記燃料電池に供給される燃料ガス中に含まれる水素ガスの濃度を高める調整手段とをさらに具備する態様も好ましい。
【００１２】
さらにまた、上記構成にあっては、前記循環路にはパージ路が分岐接続され、前記調整手段は、前記パージ路に設けられたパージ弁を利用して前記燃料オフガスを外部に排出する量を調整することで、前記燃料電池に供給される燃料ガス中に含まれる水素ガスの濃度を高める態様も好ましい。
【００１３】
また、上記構成にあっては、前記モータは、前記燃料電池に酸化ガスを供給するコンプレッサを駆動するモータであり、前記惰性運転による前記モータの回転数の低下により、該モータの回転数が下限閾値を下回ったか否かを検知する第２検知手段と、前記モータの回転数が下限値を下回った場合に、前記燃料電池に供給する酸化ガスを利用して、該酸化ガスの供給路の掃気を行う掃気処理手段とをさらに具備する態様も好ましい。
【００１４】
さらにまた、前記酸化ガスの供給路と前記酸化ガスの排出路との間には、未反応の酸化ガスの少なくとも一部を外部へ導くバイパス路が接続され、前記バイパス路には、外部に排出する未反応ガスの量を調整するバイパス弁が設けられ、前記掃気処理手段によって前記供給路の掃気が行われる際、前記バイパス弁を利用して前記燃料電池に供給される酸化ガスの量を調整するバイパス弁調整手段とをさらに具備する態様も好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、高トルクモータを利用せずとも加速時の応答性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。先ず、本発明の燃料電池システムの概要について説明する。
【００１７】
Ａ．本実施形態
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の構成図である。
本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池に反応ガスを供給するポンプに関して、燃料電池に要求される負荷（各種モータや補機などから要求される電力）が低下中かつ移動速度が設定速度以上である場合に、回生制御を行うことなく、惰性運転（モータに対する電力の供給を停止した状態での運転）によって、該ポンプを駆動するモータの回転数を低減させる点に特徴がある。ここで、「燃料電池に要求される負荷が低下中」とは、例えば車両が減速中である場合のほか、該車両が減速中ではなくても下り坂などで加速している場合なども含む。すなわち、燃料電池に要求される負荷が低下中とは、車両が減速中である場合に限定されず、車両が加速している場合も含む趣旨である。
【００１８】
なお、本実施形態では、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）に搭載された燃料電池システム１を想定して説明を行うが、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両１００や車両１００以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボット等）、定置型電源、さらには携帯型燃料電池システムにも適用可能である。
【００１９】
燃料電池システム１は、燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給する冷媒配管系５と、システム１の電力を充放電する電力系６と、システム１の運転を統括制御する制御装置７と、を備える。酸化ガス及び燃料ガスは、適宜、反応ガスと総称する。
【００２０】
燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極（カソード）を有し、他方の面に燃料極（アノード）を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生する。燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
【００２１】
酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、を有する。供給路１１は、酸化ガス流路２ａを介して排出路１２に連通する。酸化オフガスは、燃料電池２の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
【００２２】
供給路１１には、エアクリーナ１３を介して外気をとり込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により燃料電池２に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられる。
酸化オフガスは、燃料電池２の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。燃料電池２の空気極側に供給される酸化ガス量は、コンプレッサ１４を駆動するモータ１４ａの回転数等を制御することで調整する。燃料電池２の空気極側の背圧は、カソード出口付近の排出路１２に配設された背圧調整弁１６によって調整される。背圧調整弁１６の近傍には、排出路１２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられる。酸化オフガスは、背圧調整弁１６及び加湿器１５を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００２３】
燃料電池２の空気極側の背圧は、カソード出口付近の排出路１２に配設された背圧調整弁１６によって調整される。背圧調整弁１６の近傍には、排出路１２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられる。酸化オフガスは、背圧調整弁１６及び加湿器１５を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００２４】
燃料ガス配管系４は、水素供給源２１と、水素供給源２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送する循環ポンプ２４と、循環路２３に分岐接続されたパージ路２５と、を有する。供給路２２に戻される水素オフガス量は、循環ポンプ２４を駆動するモータ２４ａの回転数等を制御することで調整される。また、元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出した水素ガスは、調圧弁２７その他の減圧弁、及び遮断弁２８を経て、燃料電池２に供給される。パージ路２５には、水素オフガスを水素希釈器（図示省略）に排出するためのパージ弁３３が設けられる。
【００２５】
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４への冷却水の通流を設定する切替え弁４５と、を有する。冷媒流路４１は、燃料電池２の冷媒入口の近傍に設けられた温度センサ４６と、燃料電池２の冷媒出口の近傍に設けられた温度センサ４７と、を有する。温度センサ４７が検出する冷媒温度は、燃料電池２の内部温度（以下、燃料電池２の温度という。）を反映する。なお、温度センサ４７は、冷媒温度の代わりに（あるいは加えて）、燃料電池周辺の部品温度）を検出するようにしても良い。また、冷媒流路４１を流れる冷媒の量は、モータ４２ａの回転数等を制御することで調整される。
【００２６】
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４のほか、各モータに接続された補機インバータ（図示略）を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００２７】
トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ６４は、燃料電池システム１が搭載される例えば車両１００の主動力源を構成し、車両１００の車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。
【００２８】
コンプレッサ１４、循環ポンプ２４、冷却ポンプ４２の駆動は、対応する各モータ１４ａ、２４ａ、４２ａによって制御される。ここで、本実施形態に係るコンプレッサ１４及び循環ポンプ２４に搭載されたモータ１４ａ、２４ａは、従来と同様の回生制御機能、すなわちポンプのモータを発電機として動作させ、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電源等に帰還させる機能を実現するほか、車両が減速中かつ車速が所定速度以上である場合に、惰性運転によって該モータの回転数を低減させる機能（以下、惰性回転数低減機能）を実現する（詳細は後述）。これら各モータの駆動は、制御装置７によって制御される。
【００２９】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、通常運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
【００３０】
制御装置７は、各種の圧力センサＰ１や温度センサ４６、４７、並びに、車両１００のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７０など、各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素（コンプレッサ１４、背圧調整弁１６など）に制御信号を出力する。
【００３１】
また、制御装置７は、アクセル開度センサ７０などによって検出される車速Ｖやブレーキペダルの操作指示などに基づき、エアコンプレッサ１４を駆動するモータ１４ａや循環ポンプ２４を駆動するモータ２４ａの回転数などを制御する。なお、以下の説明では、便宜上、モータ１４ａ、モータ２４ａを反応ガス供給制御モータと総称する。
【００３２】
図２は、当該車両の車速の変化を例示した図であり、図３は、図２に示すように車速が変化する場合の反応ガス供給制御モータの回転数とアクセル開度の関係を例示した図である。なお、図３では、従来における反応ガス供給制御モータの回転数の変化を破線で示し、本実施例における反応ガス供給制御モータの回転数の変化を実線で示す。
【００３３】
図２及び図３に示すように、運転手がアクセルペダルの踏み込みを止めると（時刻ｔ０参照）、当該車両は減速を始める。制御装置７は、このときアクセル開度センサ７０等からの検出信号に基づき、単位時間当たりの減速幅ｄｆを求めるとともに、当該車両の車速Ｖを求める。制御装置（判断手段）７は、求めた減速幅ｄｆがメモリ８０に格納された減速幅上限値ｄｆｔｈを超えたか否かを判断するとともに、車両の車速Ｖがメモリ８０に格納された車速下限値Ｖｔｈを超えたか否かを判断する（下記式（１）、（２）参照）。なお、図２では、下記式（１）、（２）を満たす場合（判断結果が肯定的な場合）を想定する。
ｄｆ＞ｄｆｔｈ  ・・・（１）
Ｖ＞Ｖｔｈ      ・・・（２）
【００３４】
ここで、メモリ８０に格納される減速幅上限値ｄｆｔｈ及び車速下限値Ｖｔｈは、システム設計などに応じて任意に設定・変更可能である。ただし、車速下限値（設定速度）Ｖｔｈについては、車両走行時のタイヤのノイズや風きり音などの外部騒音を考慮して決定するのが望ましい。具体的には、外部騒音が大きければ、反応ガス供給制御モータの回転によって生じるエアコンプレッサ１４や循環ポンプ２４の騒音（以下、ポンプ騒音（内部騒音））は、外部騒音にかき消されるために運転手等に違和感を与えることはない。よって、この車速下限値Ｖｔｈは、エアコンプレッサ１４や循環ポンプ２４を惰性運転によってのみ回転数を低減したとしても（すなわち、従来に比べてモータの回転数が高い状態を維持するような場合；図３参照）、車両走行時のタイヤのノイズや風きり音などの外部騒音にかき消される程度の値に設定するのが望ましい。なお、ポンプ騒音が外部騒音にかき消される程度の車速は、予め実験などによって求めておけば良い。
【００３５】
上述したように、従来は上記式（１）、（２）に示す条件を満たす場合であっても、車速の減速に伴って回生制御を行い、反応ガス供給制御モータ１４ａ、２４ａの回転数を低下させていた（図３の破線参照）。これに対し、本実施形態では、制御装置（回転数制御手段）７は、上記式（１）、（２）に示す条件を満たすと判断すると、図３に実線で示す惰性回転数低減機能を実現する。
【００３６】
ここで、図４は反応ガス供給制御モータの回転数と負荷トルクとの関係を例示した図である。
図４に示すように、反応ガス供給制御モータの回転数が大きくなるにつれ、負荷トルクも大きくなる。具体的には、燃料ガスを循環する循環ポンプ２４のモータ２４ａは、回転数が大きくなるにつれ、循環する燃料ガスの流量が増大し、この流量の増大に伴って圧力損失が大きくなることで負荷トルクが増大する。一方、酸化ガスを供給するエアコンプレッサ１４のモータ１４ａは、回転数と負荷トルクがそれぞれ酸化ガスの流量と圧力に対応し、流量（回転数）の増大に伴って圧力（負荷トルク）が大きくなる。
【００３７】
このように、いずれのモータも回転数の増大に伴って負荷トルクは大きくなるが、通常、モータは、図４に斜線で示す加速トルクと実線で示す負荷トルクを考慮して設計するため（図４に示す白丸参照）、加速トルク（すなわち、加速力）が小さくて良ければ、それだけモータを小型化することができる。別言すれば、トルクの小さなモータを採用することができる。
【００３８】
この点、従来は、図３のα１に示すように、車速の減速に応じてモータの回転数を大きく低減していたため（回生制御機能の実現）、その後、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして再加速を行う場合を考慮すると（図３のα２参照）、トルクの大きなモータ（すなわち、急加速に応え得るトルクの大きなモータ）を採用する必要があり、高コスト化、装置の大型化を招くという問題があった。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、図３のβ１に示すように、上記（１）、（２）を満たす場合には、回生制御を行うことなく、惰性運転によってモータの回転数の低減を最小限に抑える（惰性回転数低減機能の実現）。これにより、その後、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして再加速を行ったとしても（図３のβ２参照）、従来に比して加速力は小さくて良いため、トルクの小さなモータ（すなわち、小型のモータ）を採用することが可能となり、従来に比して低コスト化、装置の小型化を実現することが可能となる。
【００４０】
以下、惰性回転数低減機能を実現する際に、制御装置７によって実行される非回生トルク制御処理について図５、図６を参照しながら説明する。なお、図５は、反応ガス供給制御モータ１４ａ、２４ａのうち、エアコンプレッサ１４ａを駆動するモータ１４ａを制御する場合の非回生トルク制御処理を示し、図６は、水素循環ポンプ２４ａを駆動するモータ２４ａを制御する場合の非回生トルク制御処理を示す。なお、図５及び図６に示すステップのうち、共通するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４１】
＜エアコンプレッサ１４に適用した場合＞
制御装置（判断手段）７は、アクセル開度センサ７０等からの検出信号に基づき、単位時間当たりの減速幅ｄｆを求め、求めた減速幅ｄｆがメモリ８０に格納された減速幅上限値ｄｆｔｈを超えたか否かを判断する（ステップＳ１）。制御装置（判断手段）７は、求めた減速幅ｄｆが減速幅上限値ｄｆｔｈを超えていない場合には（ステップＳ１；ＮＯ）、非回生トルク制御処理を終了する一方、求めた減速幅ｄｆが減速幅上限値ｄｆｔｈを超えた場合には（上記式（１）参照）、ステップＳ２に進み、燃料電池２の負荷の変化速度が下限値を超えているか否かを判断する。なお、本実施形態では、燃料電池２の負荷の変化速度が下限値を超えているか否かを判断する一例として、車速Ｖがメモリ８０に格納された車速下限値Ｖｔｈを超えたか否かを判断する場合を想定する。ここで、「負荷」の検知態様としては、燃料電池２の出力電流や出力電圧、出力電力に着目し、これらのパラメータ値が設定された下限値を超えたか否かによって判断しても良い。
【００４２】
制御装置（回転数制御手段）７は、燃料電池２の負荷の変化速度が下限値を超えていない（すなわち求めた車速Ｖが車速下限値Ｖｔｈを超えていない）と判断すると、非回生トルク制御処理を終了する一方、燃料電池２の負荷の変化速度が下限値を超えた場合（すなわち求めた車速Ｖが車速下限値Ｖｔｈを超えた場合）には（上記式（２）参照）、ステップＳ３に進み、回生制御を行うことなく、惰性運転によるエアコンプレッサ１４のモータ１４ａの回転数の低減を行う。その後、制御装置（第２検知手段）７は、モータ１４ａの回転数がメモリ８０に格納された回転数下限値Ｕｔｈ１を下回ったか否かを判断する（ステップＳ４）。制御装置（掃気処理手段）７は、モータ１４ａの回転数が回転数下限値Ｕｔｈ１を下回ったと判断すると、モータ１４ａに電力を供給することで掃気処理を実施する（ステップＳ５）。掃気処理を実行することで、モータ１４ａの回転数の低下は抑制されるとともに、燃料電池のカソード等に溜まった生成水（残水）は外部に排出されるため、発電に悪影響を与える残水は低減され、再加速時の燃料電池２の発電効率が高まるという効果が得られる。この後、制御装置７はステップＳ１に戻り、上述した一連のステップを繰り返し実行し、ステップＳ１またはステップＳ２において否定的な判定結果「ＮＯ」が得られると、以上説明した処理を終了する。
【００４３】
＜水素循環ポンプ２４に適用した場合＞
制御装置７は、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３と進むと、惰性運転による循環ポンプ２４のモータ２４ａの回転数の低減を行う。その後、制御装置（第１検知手段）７は、モータ２４ａの回転数がメモリに格納された回転数下限値Ｕｔｈ２を下回ったか否かを判断する（ステップＳ４）。制御装置（調整手段）７は、モータ１４ａの回転数が回転数下限値Ｕｔｈ２を下回ったと判断すると、循環系内の水素濃度を高める処理（具体的にはパージ処理を実行する又は供給圧力をアップする処理）を行う（ステップＳ５ａ）。
【００４４】
例えば、パージ処理を実行する場合には、制御装置７はパージ弁３３の弁開度や弁のオン、オフ時間を調整する。このようにしてパージ処理等を実行することで、循環系内の水素濃度は高まり、平均分子量が下がって圧力損失は減少する。これにより、モータ２４ａの負荷トルクは下がり、モータ２４ａの回転数低下が遅くなる。さらに、循環系内の水素濃度が高まることで、再加速時の燃料電池２の発電効率が高まるという効果が得られる。この後、制御装置７はステップＳ１に戻り、上述した一連のステップを繰り返し実行し、ステップＳ１またはステップＳ２において否定的な結果「ＮＯ」が得られると、以上説明した処理を終了する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば車両が減速中かつ車速が所定速度以上である場合に、回生制御を行うことなく、惰性運転によって該モータの回転数を低減させる。これにより、その後、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして再加速を行ったとしても（図３のβ２参照）、従来に比して加速力は小さくて良いため、トルクの小さなモータ（すなわち、小型のモータ）を採用することが可能となり、従来に比して低コスト化、装置の小型化を実現することが可能となる。
【００４６】
さらに、エアコンプレッサ１４に適用した場合には、エアコンプレッサ１４のモータ１４ａの回転数が所定値を下回った場合に掃気処理を実行することで、モータ１４ａの回転数の低下を抑制するとともに、再加速時の燃料電池２の発電効率を高めることが可能となる。
【００４７】
一方、水素循環ポンプ２４に適用した場合には、水素循環ポンプ２４のモータ２４ａの回転数が所定値を下回った場合にパージ処理等を実行することで、モータ２４ａの回転数の低下を抑制するとともに、再加速時の燃料電池２の発電効率を高めることが可能となる。
【００４８】
さらに、以上説明した非回生トルク制御処理は、車速が所定値以上の場合、具体的にはエアコンプレッサ１４や循環ポンプ２４のポンプ騒音が、車両走行時のタイヤのノイズや風きりオンなどの外部騒音にかき消される程度の場合に実施されるため、運転手等に違和感を与えるといった問題も未然に防止することが可能となる。
【００４９】
Ｂ．変形例
＜変形例１＞
上述した本実施形態では、エアコンプレッサ１４を駆動するモータ１４ａ及び水素循環ポンプ２４を駆動するモータ２４ａに、本発明を適用した場合について説明したが、例えば冷却ポンプ４２を駆動するモータ４２ａや、燃料電池４０から供給される電力に応じて回転数が制御される他の補機類のモータ（図示略）にも同様に適用可能である。本発明は、燃料電池２から供給される電流や電圧に応じて回転数が変化するあらゆる回転体に適用可能である。
【００５０】
＜変形例２＞
また、上述した本実施形態では特に言及しなかったが、エアコンプレッサ１４を駆動するモータ１４ａに本発明を適用した場合、上述した掃気処理によって酸化ガスが必要以上に供給されるために（すなわち、酸化ガス過多のために）、燃料電池２の電解質膜が必要以上に乾燥してしまうことが懸念される。かかる問題を未然に防止するべく、エアバイパス弁などを利用してエアコンプレッサ１４から燃料電池２に供給される酸化ガスの一部を未反応ガスのまま外部に排出するようにしても良い。
【００５１】
具体的には、図７に示すように、酸化ガスの供給路１１と排出路１２との間に、未反応の酸化ガスの一部を燃料電池２をバイパスして排出通路（図示略）へ導くバイパス路１８及びバイパス路１８を流れる酸化ガス流量（すなわち、酸化ガスのバイパス量）を調整するエアバイパス弁１９とを配設する。制御装置（バイパス弁調整手段）７は、上記掃気処理を実行する際、電解質膜が必要以上に乾燥しないように、エアバイパス弁１９の弁開度や開閉時間の間隔等を制御する。なお、エアバイパス弁１９の制御内容については、予めマップ化し、メモリ８０等に格納しておけば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】同実施形態に係る車両の車速の変化を例示した図である。
【図３】同実施形態に係る車速が変化する場合のモータの回転数とアクセル開度の関係を例示した図である。
【図４】同実施形態に係るモータの回転数と負荷トルクとの関係を例示した図である。
【図５】同実施形態に係る非トルク制御処理を示すフローチャートである。
【図６】同実施形態に係る非トルク制御処理を示すフローチャートである。
【図７】変形例２に係る燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、７・・・制御装置、１４・・・エアコンプレッサ、１４ａ，２４ａ，４２ａ・・・モータ、２４・・・循環ポンプ、４２・・・冷却ポンプ、７０・・・アクセル開度センサ、９０・・・ブレーキペダル。
【要約】
【課題】従来に比してトルクの低いモータを利用しても加速時の応答性を確保することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】制御装置は、燃料電池に要求される負荷（各種モータや補機などから要求される電力）が低下中かつ移動速度が設定速度以上である場合に、回生制御を行うことなく、惰性運転によってエアコンプレッサや循環ポンプ、冷却ポンプのモータの回転数を低減させる。これにより、その後、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして再加速を行ったとしても（図３のβ２参照）、従来に比して加速力は小さくて良いため、トルクの小さなモータを採用することが可能となる。
【選択図】図３【図１】
0004378735.tif 000002
【図２】
0004378735.tif 000003
【図３】
0004378735.tif 000004
【図４】
0004378735.tif 000005
【図５】
0004378735.tif 000006
【図６】
0004378735.tif 000007
【図７】
0004378735.tif 000008