(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
前記燃料電池が許容できる水素量から計算して求めた改質用空気の空気流量についての限界値を求め、
前記補正された空気流量が前記限界値以下である場合、前記改質用空気の空気流量を前記補正された空気流量に設定し、
前記補正された空気流量が前記限界値を超えている場合、前記改質用空気の空気流量を前記限界値に設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が負の方向で大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が負の方向で大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせて補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が負の方向で大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、
前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、
前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、
前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、
を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、
前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が負の方向で大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、
予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、
前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応器から燃料電池へ供給される燃料ガスの組成を過渡時においても安定化させることができる燃料電池システムの制御方法に関し、さらに詳しくは、反応器の改質手段及びＣＯ除去手段に導入する空気の流量を制御する制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、燃料改質装置で生成した水素を含有する燃料ガスを燃料電池のアノード極（水素極）に供給するとともに、酸素を含有する酸化剤ガスを燃料電池のカソード極（酸素極）に供給して発電を行う燃料電池を中核とした発電システムである。この燃料電池システムは、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するものであり、高い発電効率を有することや有害物質の排出量が極めて少ないこと等から最近注目されている。
【０００３】
従来の燃料電池システムとしては、図６に示すようなものが知られている。
この燃料電池システムは、
液体原燃料（例えば水・メタノール混合液）を蒸発させた原燃料ガスと空気とを用いて改質ガスを生成する改質器１００ａと、前記改質器１００ａで生成した改質ガス中の一酸化炭素ＣＯを選択酸化して低減するＣＯ除去器１００ｂと、前記ＣＯ除去器１００ｂの前後に設けられ、改質ガス及び燃料ガスの温度を所定の温度にコントロールする熱交換器１００ｃ，１００ｄとから構成される反応器１００と、
前記反応器１００からアノード極に供給される燃料ガス中に含まれる水素とＳ／Ｃ(スーパーチャージャ)１０２からカソード極に供給される空気中に含まれる酸素とを反応させて発電を行う燃料電池１０１と、
前記燃料電池１０１のカソード極に空気を供給するＳ／Ｃ(スーパーチャージャ)１０２と、
前記燃料電池１０１から排出される排気ガスを燃焼する触媒燃焼器１０３と、前記触媒燃焼器１０３で発生させた燃焼ガスの熱を利用して、前記燃料ガスの原料となる前記液体原燃料を蒸発させる蒸発器１０４と、
から主要部が構成される。
【０００４】
このように構成される燃料電池システムの作用について説明する。
最初に液体原燃料（例えば水・メタノール混合液）が蒸発器１０４の図示しない原燃料噴射装置に供給されて蒸発室内に噴射される。液体原燃料の蒸発用熱源としては、燃料電池１０１から排出されたガス（未利用の水素を含む燃料ガスと空気との混合ガス）を触媒燃焼器１０３において燃焼して生成した燃焼ガスが使用される。
蒸発器１０４で蒸発させた液体原燃料は、原燃料ガスとして改質器１００ａに供給される。
前記改質器１００ａに供給された原燃料ガスは、触媒層の入口で一部が空気酸化され、その際発生する酸化熱で触媒層の温度を上昇させた後、改質触媒により改質される。
生成した前記改質ガスは、熱交換器１００ｃで冷却された後、次工程に設けられたＣＯ除去器１００ｂに導入される。ＣＯ除去器１００ｂでは改質ガス中のＣＯが選択的に酸化され、ＣＯ濃度が１００ｐｐｍ以下に低減される。改質ガス中のＣＯ濃度が１００ｐｐｍ以下に低減された燃料ガスは、さらに熱交換器１００ｄで燃料電池１０１に適した温度に冷却された後、燃料電池１０１のアノード極に燃料ガスとして供給される。
【０００５】
燃料電池１０１では、前記ＣＯ除去器１００ｂから燃料電池１０１のアノード極に供給される燃料ガス中に含まれる水素と、Ｓ／Ｃ（スーパーチャージャ）１０２によりカソード極に供給される空気中の酸素とが反応し、化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出し発電する。
燃料電池１０１のアノード極及びカソード極から排出された排気ガスは、後段の触媒燃焼器１０３に導入されて触媒燃焼される。前記触媒燃焼器１０３で触媒燃焼されて発生する燃焼ガスは、再び蒸発器１０４の蒸発用熱源として利用される。液体原燃料を蒸発器１０４で蒸発させた燃焼ガスは燃焼排ガスとして外部に排出される。
【０００６】
このような構成と作用を有する従来の燃料電池システムは、改質器１００ａの改質触媒の温度をコントロールするために、図７に示すように、燃料電池１０１への要求出力に応じて改質器１００ａに供給する改質用空気流量Ｑ１mapを決定している。また、ＣＯ除去器１００ｂに供給するＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapも燃料電池１０１への要求出力に応じて決定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の改質触媒の温度をコントロールする方法では以下のような問題があった。
改質用空気の供給量を一定とした場合、改質触媒の温度は、燃料電池１０１の出力に応じて変化している。この燃料電池１０１の出力と改質触媒の温度との関係は、図８に示すように、燃料電池１０１の出力が大きいほど改質触媒の温度が高くなる比例関係にある。
しかし燃料電池１０１の出力やガス流量が変化する過渡状態では、改質触媒自身の熱マス（熱容量）や放熱があるため、改質触媒の温度が影響を受け、改質触媒の温度が所定の設定温度に至るまでには時間的な遅れを生じる。そのため一時的に設定温度との間に温度差が生じる。この温度差は、加減速の変化量が大きく、また加減速の変化率が大きいほど大きい。
【０００８】
例えば車両の過渡状態である加速時及び減速時における改質触媒の温度の挙動を図９に示す。これによれば、実際の改質触媒の温度は、
（１）加速時は、改質触媒の温度が低温から高温に変化するが、温度の応答遅れがあるため設定温度を下回る。
（２）一方、減速時は、反対に温度が高温から低温に変化するが、温度の応答遅れがあるため設定温度を上回る。
【０００９】
ここで、図１０に示すように、改質触媒の温度と改質ガス中の有害成分ＣＯ（一酸化炭素），ＴＨＣ(全炭化水素)の濃度とは密接な関係があるため、前記のように改質触媒の温度が一時的に変化し、設定温度と実際の改質触媒の温度の温度差が大きくなると、改質ガスの組成が悪化する恐れがあり、しいては燃料電池１０１にダメージ（例えばＣＯによる電極触媒の被毒）を与える恐れがあった。
尚、改質触媒の設定温度は、ＣＯ（一酸化炭素）濃度曲線とＴＨＣ(全炭化水素)濃度曲線とが交差した近傍の温度が決定される。
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、燃料電池システムの改質手段で生成する改質ガスの組成を過渡状態においても安定化させることができ、かつ、燃料電池に供給される燃料ガスの組成も安定化させることができる燃料電池システムの制御方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための請求項１に係る燃料電池システムの制御方法の発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段とを備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする制御方法である。
【００１２】
請求項１の発明によると、改質手段付き燃料電池システムにおいて、改質手段に空気を導入するとともに流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、燃料電池に対する要求出力の変化に基づいて、前記改質用空気の流量制御手段から導入する空気流量に補正を加えて制御するようにしたので、過渡状態における改質ガスの組成を安定させながら燃料電池にもダメージを与えることなく運転をすることができる。
【００１３】
請求項２に係る燃料電池システムの制御方法の発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
【００１５】
請求項３に係る燃料電池システムの制御方法の発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
【００１７】
請求項４に係る燃料電池システムの制御方法の発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、前記車両の加速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
【００１９】
請求項５に係る燃料電池システムの制御方法の発明は、前記燃料電池が許容できる水素量から計算して求めた改質用空気の空気流量についての限界値を求め、前記補正された空気流量が前記限界値以下である場合、前記改質用空気の空気流量を前記補正された空気流量に設定し、前記補正された空気流量が前記限界値を超えている場合、前記改質用空気の空気流量を前記限界値に設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法である。
【００２１】
請求項６に係る燃料電池システムの発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が負の方向で大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
【００２３】
請求項７に係る燃料電池システムの発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ除去手段に供給される空気を導入するとともに空気流量を制御するＣＯ除去用空気の流量制御手段を設け、前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が負の方向で大きいほど大きくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせて補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を増加させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
また、請求項８に係る燃料電池システムの発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量が負の方向で大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
さらに、請求項９に係る燃料電池システムの発明は、改質ガスからＣＯを除去して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され発電する燃料電池と、前記燃料電池の排気ガスを燃焼させ、この熱により前記改質ガスの原料を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸気化した原料を触媒反応により改質して前記改質ガスを生成する改質手段と、前記改質手段で生成した前記改質ガス中に存在するＣＯを触媒反応により除去するＣＯ除去手段と、を備えた、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、前記改質手段に空気を導入するとともに空気流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、前記車両の減速時に、前記燃料電池に対する要求出力と前記燃料電池の現在の出力との差である出力変化量についての時間あたりの出力変化率が負の方向で大きいほど小さくなるように予め設定された補正係数を求め、予め設定された所定のマップにおける前記要求出力に対応する空気流量に対し、前記補正係数を掛け合わせることにより、補正された空気流量を求め、前記補正された空気流量となるように、前記流量制御手段は前記空気流量を減少させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
車両に搭載された燃料電池システムに本発明に係る燃料電池システムの制御方法を適用した場合の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る燃料電池システム全体を示す構成図、図２は本発明に係る燃料電池システムにおいて、過渡状態における改質ガスの組成が悪化し燃料電池にダメージを与える恐れがある場合の改質用空気及びＣＯ除去用空気の空気流量の補正方法を示すフローチャートである。また、図３は本発明に係る燃料電池システムにおいて、過渡状態における改質ガスの組成の悪化が懸念されない場合の改質用空気及びＣＯ除去用空気の空気流量の補正方法を示すフローチャート、図４は本発明に係る燃料電池の出力変化量、出力変化率、補正時間との関係を説明するための図、図５は過渡状態で空気を増量した場合に改質ガス中の水素ガスが減ってしまい燃料電池にダメージを与える恐れがある場合の空気流量の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
最初に、車両に搭載される本発明に係る燃料電池システムの全体の構成について、図１を参照して説明する。
本発明に係る燃料電池システムは、
液体原燃料である水・メタノール混合液を蒸発手段である蒸発器５により蒸発させた原燃料ガスを、改質触媒により水素を含んだ改質ガスとして生成するための改質手段である改質器１ａと、前記改質器１ａで生成した改質ガス中の一酸化炭素ＣＯを選択的に酸化して燃料ガスとするＣＯ除去手段であるＣＯ除去器１ｂと、前記ＣＯ除去器１ｂの前後に設けられて改質ガス及び燃料ガスをそれぞれ所定の温度に制御する水冷式熱交換器１ｃ，１ｄとから形成される反応器１と、
前記反応器１から供給される燃料ガス中の水素とＳ／Ｃ(スーパーチャージャ)３から供給される酸化剤ガスである空気中の酸素とを反応させて発電する燃料電池２と、
前記燃料電池２から排出される未利用の前記燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼する触媒燃焼器４と、
前記触媒燃焼器４で前記混合ガスを燃焼して発生させた燃焼ガスの熱で前記液体原燃料を蒸発させる蒸発器５と、
前記改質器１ａで使用される前記原燃料ガスの改質用空気を改質器１ａへ供給する流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２と、
前記ＣＯ除去器１ｂで使用されるＣＯ除去用空気をＣＯ除去器１ｂへ供給する流量制御手段ＡＶ３と、
から主要部が構成される。
【００２７】
反応器１は、液体原燃料である水・メタノール混合液から燃料電池２のアノード極に供給する燃料ガスを生成するための触媒反応装置である。反応器１は、改質器１ａと、ＣＯ除去器１ｂと、このＣＯ除去器１ｂの前後に設けられる熱交換器１ｃ，１ｄとから主要部が構成される。
改質器１ａは、液体原燃料である水・メタノール混合液を蒸発させた原燃料ガスと、流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２から供給される改質用空気とから水素を含んだ改質ガスを触媒反応により生成する。
尚、本発明で使用する「改質ガス」とは、改質器１で改質反応により発生したガスを意味し、「燃料ガス」とは、改質器１の次工程のＣＯ除去器２で「改質ガス」中のＣＯを選択的に酸化処理した後のガスであって、ＣＯ濃度が低濃度で、かつ、水素濃度が高いガスを意味する。
改質器１ａの改質部では、改質反応に必要な熱量が、触媒層の入口部における水・メタノール混合液を蒸発させた原燃料ガス中のメタノール蒸気の燃焼熱及び部分酸化熱により供給され（ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2→２Ｈ2Ｏ+ＣＯ2）、蒸発器５から導入された原燃料ガスが改質触媒により水蒸気と反応して水素と二酸化炭素とからなる改質ガスを生成する（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2及びＣＨ3ＯＨ＋１／２Ｏ2→２Ｈ2＋ＣＯ2）。ここで、触媒としては、例えばＣｕ／Ｚｎからなる改質触媒が使用される。その反応温度は、２５０℃〜３００℃に保持される。
【００２８】
尚、改質器１ａにおいて改質反応を受けて得られる改質ガス中には、熱分解反応（ＣＨ3ＯＨ→２Ｈ2+ＣＯ）によって発生する１％近くの一酸化炭素が含有されており、そのまま燃料電池１のアノード極に供給すると、電極成分に付着して被毒を引き起こす。
そこで、この改質ガスを次工程のＣＯ除去器１ｂに導入し、選択酸化触媒の下で改質ガス中の一酸化炭素を酸化し、燃料電池２のアノード極に導入する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下にまで低減することが行われる。ＣＯ除去器１ｂで使用されるＣＯ除去用空気は流量制御手段ＡＶ３から導入される。ここで使用される触媒は、例えば、Ａｕ／α−Ｆｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3であり、酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）により改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する。反応温度は常に１８０℃以下に保持する必要がある。また、触媒にはＲｕやＰｔ系の触媒を用いても良い。この場合、反応温度は、１００〜２５０℃に保つ必要がある。
しかし、ＣＯ除去器１ｂでの酸化反応は強い発熱反応なので、ＣＯ除去器１ｂに導入されてくる改質ガスの温度が高いと急激に反応温度が上昇してしまうため、ＣＯ除去器１ｂの入口側には改質ガスを冷却するための水冷式熱交換器１ｃが設けられている。一方、ＣＯ除去器１ｂから燃料電池２のアノード極に供給される燃料ガスは、燃料電池２を運転する上で１００℃以下に冷却する必要があり、ＣＯ除去器１ｂの出口側には水冷式熱交換器１ｄが設けられている。
【００２９】
このように１００℃以下に冷却された改質ガスは、ＣＯ除去器１ｂで一酸化炭素量を１００ｐｐｍ以下に低減されて燃料電池用の燃料ガスとなり、水冷式熱交換器１ｄで８０℃前後に冷却された後、燃料電池２のアノード極に導入される。
【００３０】
燃料電池２は、固体高分子型の燃料電池であり、ＣＯ除去器１ｂから供給される燃料ガス中の水素とＳ／Ｃ（スーパーチャージャ）３から供給される酸化剤ガスである空気中の酸素とを反応させて発電する。反応式で示すと、下記の通りとなる。（１）式は、アノード極における反応を、（２）式は、カソード極における反応を示し、電池全体としては、（３）式に示す反応が進行する。このように、燃料電池２は、電池反応の進行に伴ってカソード極で生成水が生じる。通常、生じた生成水は、カソード極に供給されている空気中に気化し、未反応の空気とともに燃料電池２から排出される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-      ------------------（１）
２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ-------（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ----------------（３）
尚、固体高分子型の燃料電池２は、電解質層として、固体高分子膜を用い、この固体高分子膜を挟持する一対のガス拡散電極と、ガス拡散電極をさらに外側から挟持して燃料ガスと空気とを分離するセパレータとを有する単セルを複数積層した構造を備えている。
【００３１】
Ｓ／Ｃ（スーパーチャージャ）３は、常温・常圧の酸化剤ガスである空気を吸引して加圧し、燃料電池２のカソード極に供給するための機械式過給機である。Ｓ／Ｃ（スーパーチャージャ）３として容積型圧縮機例えばリショルム型の圧縮機などを使用することができる。
【００３２】
触媒燃焼器４は、蒸発器５の蒸発室の底部に隣接して設けられ、燃料電池２から排出される未利用の水素を含む燃料ガスと未利用の酸素を含む空気との混合ガスを触媒燃焼して、蒸発器５の蒸発用熱源となる燃焼ガスを発生させるためのものである。触媒としては、ハニカム形状の白金属系の触媒が用いられる。前記燃焼ガスは、後記する蒸発器５の蒸発室内に設けられるＵチューブ式熱交換器のチューブ側（配管の内側）に通流される。尚、燃焼器としては低温燃焼ができ、かつ、排ガスの発生量が少ない触媒燃焼器４が望ましいが、バーナ式燃焼器も使用できる。
【００３３】
蒸発器５は、蒸発器本体と原燃料噴射装置とから主要部が構成される。蒸発器本体は、蒸発室と蒸発室内に設けられたＵチューブ式熱交換器とから形成される。原燃料噴射装置は、インジェクタであり、蒸発室の上部に複数台設けられる。蒸発器５では、水・メタノール混合液が貯蔵タンク等からポンプを介して原燃料噴射装置に供給され、前記Ｕチューブ式熱交換器のシェル側（配管の外表面）に噴射されて原燃料ガスとして蒸発・ガス化され、前記原燃料ガスは次工程の改質反応に適した所定の蒸気温度（例えば２５０℃）となって改質器１ａへと導入される。
蒸発器５の蒸発用熱源としては、前記触媒燃焼器４で燃料電池２から排出される未利用の水素を含む燃料ガスと未利用の酸素を含む空気の混合ガスを燃焼したときに得られる燃焼ガスの保有熱が使用される。
【００３４】
流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２は、改質器１ａの改質反応に必要な改質用空気を改質器１ａに供給し、かつ、供給する空気流量を制御するための制御弁である。制御弁としては、なるべくレンジアビリティが大きく流量制御性の良いニードル弁やゲート弁等を使用するのが望ましい。
改質器１ａへの改質用空気の供給方法としては、図１に示すように、
（１）２つの流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２により同時に改質用空気を供給する方法、
（２）蒸発器５で液体原燃料を蒸発させるときに、前記液体原燃料を噴射する空気と一緒に改質用空気を流量制御手段ＡＶ１から供給する方法、
（３）改質器１ａに改質用空気を流量制御手段ＡＶ２から直接供給する方法、
とがある。
空気と原燃料ガスとを均一に混合して改質器１ａで反応させ、改質ガスの組成を均一にする意味からは、蒸発器５側から空気を導入する方法が良い。一方、温度応答性を良くする意味からは、改質器１ａ側から直接空気を導入する方法が良い。
これらの導入方法は必要に応じて適宜変更することが可能である。本発明の実施の形態では、（１）の方法を採用している。
【００３５】
流量制御手段ＡＶ３は、ＣＯ除去器１ｂのＣＯ除去反応に必要なＣＯ除去用空気をＣＯ除去器１ｂに供給し、かつ、供給する空気流量を制御するための制御弁である。制御弁としては、なるべくレンジアビリティが大きく流量制御性の良いニードル弁やゲート弁等を使用するのが望ましい。これら流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２及びＡＶ３は、制御弁の代わりに空気用インジェクタを使用しても良い。
【００３６】
尚、制御装置６は、電気的制御回路、又は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ(又はＭＰＵ)及びＩ／Ｏ等を中心として構成されたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットである。この制御装置６の入力部には、アクセル開度センサ、バッテリ容量センサ等の燃料電池２の出力に関連する電気信号が入力され、これらの入力信号に基づく出力信号により燃料電池システムが制御される。
【００３７】
また、燃料電池２で発電した電気を使用する電力消費側には、回路に対して直列に電流計Ｉが設けられるとともに、回路に対して並列に電圧計Ｖが設けられており、燃料電池２の実出力の信号が制御装置６に送出できるようになっている。尚、燃料電池２で発電した電力は、インバータにより直流から交流に変換され電動機等を駆動する電力として使用される。
【００３８】
このように構成される燃料電池システムの作用について説明する、最初に液体原燃料である水・メタノール混合液が、貯蔵タンク等からポンプを介して蒸発器５の原燃料噴射装置に供給され、蒸発器本体の蒸発室内で噴射される。このとき燃料電池２の出力に対応して補正された改質用空気の一部の空気が改質用空気の流量制御手段ＡＶ１から蒸発器５に供給される。
蒸発器５で蒸発・ガス化された水・メタノール混合液は、次工程の改質反応に適した所定の温度（例えば２５０℃）を有する原燃料ガスとなり、改質器１ａに供給される。
改質器１ａに供給された原燃料ガスは、燃料電池２の出力に対応して流量が補正された改質用空気のうち、前記流量制御手段ＡＶ２から供給される残分と混合された後、改質触媒により改質ガスに改質される。改質ガスは、次工程に設けられたＣＯ除去器１ｂに供給される。ＣＯ除去器１ｂには、燃料電池２の出力に対応して流量が補正されたＣＯ除去用空気が流量制御手段ＡＶ３から供給され、改質ガス中のＣＯが選択的に酸化されて燃料電池用の燃料ガスとなる。前記燃料ガスは、燃料電池２のアノード極に供給される。一方、燃料電池２のカソード極にはＳ／Ｃ(スーパーチャージャ)３から酸化剤ガスである空気が供給される。
【００３９】
燃料電池２では、ＣＯ除去器１ｂから燃料電池２のアノード極に供給される燃料ガス中に含まれる水素と、カソード極に供給される空気中の酸素とを反応させて、化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出し発電する。
【００４０】
燃料電池２から排出されるガス（未利用の水素を含む燃料ガスと未利用の酸素を含む空気の混合ガス）は、蒸発器５の蒸発用熱源となる燃焼ガスを発生させるため、蒸発器本体の蒸発室の底部に隣接して設けられた触媒燃焼器４へと導入される。触媒燃焼器４で燃料ガスを触媒燃焼することにより発生した燃焼ガスは、再び蒸発器５で液体原燃料である水・メタノール混合液を蒸発させて原燃料ガスとする。原燃料ガスは、流量制御手段ＡＶ１から供給される燃料電池２の出力に対応して補正された改質用空気の一部の空気と蒸発室内で混合された後、改質器１ａへと供給される。一方、燃焼ガスは蒸発器５から燃焼排ガスとして外部に排出される。
【００４１】
このような構成と作用を有する燃料電池システムに、本発明に係る燃料電池システムの制御方法を適用した場合の第１実施形態について図１、図２、図９及び図１０を参照して説明する。
第１実施形態の燃料電池システムの制御方法は、車両の加減速時において改質器１ａから生成される改質ガスの組成が一時的に悪化して燃料電池にダメージを与える恐れがある場合に、改質用空気流量又はＣＯ除去用空気流量を補正して一時的に増量する制御方法である。この制御方法は、改質ガス組成及び燃料ガスの安定化を目的として実施する。すなわち、
（ａ）車両の加速時は、改質触媒の熱マス等の影響により、図９に示す設定温度に対して改質触媒の温度が下回るため、図１０に示す改質ガス中の成分のうちＴＨＣ（全炭化水素）が増加してガス組成が悪化する傾向を有している。これは燃料の吹き抜けが一時的に多くなることを意味する。そこで低下ぎみの改質触媒温度を上昇させることにより、改質触媒を設定温度に近づけＴＨＣを減らすことを狙って、改質用空気を増加させ、改質触媒での酸化発熱を促すように空気流量制御を行う。
（ｂ）逆に車両の減速時には、改質触媒の熱マス等の影響により、図９に示す設定温度に対して改質触媒の温度が上回るため、図１０に示す改質ガス中の成分のうちＣＯ（一酸化炭素）が増加してガス組成が悪化する傾向を有する。そこで高ＣＯ濃度となった改質ガス中からより多くのＣＯを除去することを狙って、ＣＯ除去用空気流量を増加させ、ＣＯ酸化反応を促すように空気流量制御を行う。
尚、補正をかける時間は加減速中の時間内である。また、図１中のＲＧＡは改質ガスの組成を分析する分析計である。
[補正前の改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量の求め方]
（１）燃料電池２に要求される出力関連量が制御装置６（例えば電子制御ユニット）に入力される（Ｓ１）。尚、ここで言う出力関連量とは、燃料電池２の目標出力（例えばアクセル開度、バッテリの残容量などから算出する。）及び燃料電池２の実出力（燃料電池の発電電流Ｉ、発電電圧Ｖから算出する。）の両方を含む。
（２）Ｉ−Ｖ特性（電流−電圧特性）から燃料電池２の要求電流が算出される（Ｓ２）。
（３）燃料電池２の要求電流からカソード利用率及びアノード利用率が求まり（Ｓ３，Ｓ５）、カソード極に供給する空気流量及びアノード極に供給する必要のある燃料ガス流量（ＦＰ要求負荷）が算出される（Ｓ４，Ｓ６）。
ここで、カソード利用率は、カソード極で消費された空気流量／カソード極に供給された空気流量で定義される値である。
また、アノード利用率は、アノード極で消費された燃料ガス流量／アノード極に供給された燃料ガス流量で定義される値である。
（４）アノード極に必要な燃料ガス流量（ＦＰ要求負荷）から燃料噴射量が算出される（Ｓ７）。
（５）燃料噴射量に対する改質反応に必要な改質用空気流量Ｑ１mapと燃料噴射量に対する改質ガス中の一酸化炭素を除去するために必要なＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapとをそれぞれのマップ（Ｓ８、Ｓ１０）から求める（Ｓ９，Ｓ１１）。
【００４２】
[空気流量の補正の方法]
（６）現在の燃料電池２の出力Ｐ２を電圧計Ｖ、電流計Ｉから検知する（Ｓ１２）。
（７）要求出力Ｐ１と現在の出力Ｐ２との差である出力変化量ΔＰ及び時間Ｔあたりの出力変化量ΔＰである出力変化率Ｒ１を求める（Ｓ１３，Ｓ１７）。
（８）出力変化量ΔＰと補正係数のマップ（Ｓ１４，Ｓ１５）から改質用空気流量Ｑ１map及びＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapを補正するための補正係数Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ求める（Ｓ１６）。
（９）出力変化率Ｒ１と補正係数のマップ（Ｓ１８，Ｓ１９）から改質用空気流量Ｑ１map及びＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapを補正するための補正係数Ｇ３，Ｇ４をそれぞれ求める（Ｓ２０）。
（１０）車両の加速時は、上記（ａ）に基づき、以下のように改質用空気流量を増量するように補正係数をかける。
すなわち、出力変化量ΔＰ又は出力変化率Ｒ１が大きいほど改質用空気流量Ｑ１mapの補正係数Ｇ１×Ｇ３が大きくなるように設定し、その係数を初期のマップ値に掛け合わせることで空気流量を増量する（Ｓ２１）。一方、出力変化量ΔＰ及び出力変化率Ｒ１が小さい（０に近い）場合には、補正係数Ｇ１×Ｇ３を１に近づけて空気流量の増分を少なくするようにする。
（１１）これに対して車両の減速時は、上記（ｂ）に基づき、ＣＯ除去用空気流量を増量するように補正係数をかける。
すなわち、出力変化量ΔＰ又は出力変化率Ｒ１が負の方向で大きいほどＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapの補正係数Ｇ２×Ｇ４が大きくなるように設定し、その係数を初期のマップ値に掛け合わせることで空気流量を増量する（Ｓ２１）。一方、出力変化量ΔＰ及び出力変化率Ｒ１が小さい（０に近い）場合には、補正係数Ｇ２×Ｇ４を１に近づけることで空気流量の増量分を少なくすることができる。
【００４３】
このようにして増量された空気流量を、加速時は、改質用空気の流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２からそれぞれ蒸発器５、改質器１ａに供給し、減速時は、ＣＯ除去用空気の流量制御手段ＡＶ３からＣＯ除去器１ｂに供給するようにしたことにより、過渡状態においても改質ガスの組成及び燃料ガスの組成を安定させることができ、燃料電池にダメージを与えることなく運転をすることができる。
【００４４】
次に、第２実施形態の燃料電池システムの制御方法について図１、図３、図９及び図１０を参照して説明する。
第２実施形態の燃料電池システムの制御方法は、車両の加減速時において改質触媒の温度が変化しても改質ガスの組成の悪化が懸念されない場合の空気流量の補正方法であり、改質触媒温度の変化に対し改質ガス組成の変化がさほど出ない系に好適である。その手法は、反応器に導入する改質用空気流量又はＣＯ除去用空気流量を補正して第１実施形態の場合とは逆に一時的に減量するものであり、ガス組成の安定化及びシステム効率の向上を狙って実施する。
すなわち、
（イ）車両の加速時は、改質触媒の熱マス等の影響により、図９に示す設定温度に対して改質触媒の温度が一時的に下回るため、図１０に示す改質ガス中の成分のうちＣＯ（一酸化炭素）が設定値よりも低下する。これは改質ガス中のＣＯ濃度が設定範囲に対し余裕を有することを意味する。そこで改質ガスからのＣＯ除去の緩和を許し、ＣＯ除去用空気流量を減量させるように空気流量制御を行う。その結果、ＣＯ酸化反応は抑制されＣＯ濃度は上昇するが、設定範囲内に収めることでガス組成が安定し、また、空気供給源であるＳ／Ｃ（スーパーチャージャ）３への投入電力がこれまでに比べて低減されるので、燃料電池システムの効率が向上する。
（ロ）逆に車両の減速時には、改質触媒の熱マス等の影響により、図９に示す設定温度に対して改質触媒の温度が一時的に上回る。これにより、改質反応の反応率が設定時よりも高くなり、図１０に示す改質ガス中の成分のうちＴＨＣ（全炭化水素）が設定値に対し余裕を有することを意味する。そこで改質ガス中のＴＨＣを許容し、改質用空気流量を減量させるように空気流量制御を行う。その結果、改質触媒での酸化発熱が抑制されＴＨＣ濃度は上昇するが、設定値内に収めることでガス組成が安定し、また空気供給元であるＳ／Ｃ（スーパーチャージャ）３への投入電力がこれまでに比べ低減されて、燃料電池システムの効率が向上する。
尚、補正をかける時間は加減速中の時間内である。
[補正前の改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量の求め方]
第２実施形態の補正前の改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量の求め方（Ｓ３０〜Ｓ４０）は、第１実施形態の補正前の改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量の求め方（Ｓ１〜Ｓ１１）と同じ方法なのでここでは説明を省略する。
尚、図７に示す従来の改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量の算出フローも同じ方法で改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量を求めたものである。
【００４５】
[空気流量の補正の方法]
（Ａ）現在の燃料電池２の出力Ｐ２を電圧計Ｖ、電流計Ｉから検知する（Ｓ４１）。
（Ｂ）要求出力Ｐ１と現在の出力Ｐ２との差である出力変化量ΔＰ及び時間Ｔあたりの出力変化量ΔＰである出力変化率Ｒ１を求める（Ｓ４２，Ｓ４６）。
（Ｃ）出力変化量ΔＰと補正係数のマップ（Ｓ４３，Ｓ４４）から改質用空気流量Ｑ１map及びＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapを補正するための補正係数Ｇ５，Ｇ６をそれぞれ求める（Ｓ４５）。
（Ｄ）出力変化率Ｒ１と補正係数のマップ（Ｓ４７，Ｓ４８）から改質用空気流量Ｑ１map及びＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapを補正するための補正係数Ｇ７，Ｇ８をそれぞれ求める（Ｓ４９）。
（Ｅ）車両の加速時は、上記（イ）に基づき、以下のような補正をかける。
すなわち、出力変化量ΔＰ又は出力変化率Ｒ１が大きいほどＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapの補正係数Ｇ６×Ｇ８が小さくなるように設定し、その係数を初期のマップ値に掛け合わせることで空気流量を減量する（Ｓ５０）。一方、出力変化量ΔＰ及び出力変化率Ｒ１が小さい（０に近い）場合には、補正係数Ｇ６×Ｇ８を１に近づけることで空気流量の減量分を少なくすることができる。
（Ｆ）これに対して車両の減速時は、上記（ロ）に基づき、以下のような補正をかける。
すなわち、出力変化量ΔＰ又は出力変化率Ｒ１が負の方向で大きいほど改質用空気流量Ｑ１mapの補正係数Ｇ５×Ｇ７が小さくなるように設定し、その係数を初期のマップ値に掛け合わせることで空気流量を減量する（Ｓ５０）。一方、出力変化量ΔＰ及び出力変化率Ｒ１が小さい（０に近い）場合には、補正係数Ｇ５×Ｇ７を１に近づけることで空気流量の減量分を少なくすることができる。
【００４６】
このようにして減量された空気流量を、加速時は、改質用空気の流量制御手段ＡＶ１，ＡＶ２からそれぞれ蒸発器５、改質器１ａに供給し、減速時は、ＣＯ除去用空気の流量制御手段ＡＶ３からＣＯ除去器１ｂに供給するようにしたことにより、過渡状態においても改質ガスの組成及び燃料ガスの組成を安定させることができ、燃料電池２にダメージを与えることなく運転をすることができる。また、設定時よりも減量された空気を反応器１に導入するので、空気中の酸素と反応して消費される水素量が少なくなる。その結果、燃料電池２に余分に水素を送ることができるので、効率を上げることができる。
【００４７】
以上説明したように、車両の加減速時のような過渡状態において、改質ガスの組成が悪化する（ＣＯ濃度又はＴＨＣ濃度が上昇する）場合には、一時的に空気流量を増量することで改質ガスの組成及び燃料ガスの組成を安定させることができ、改質ガスの組成が変化しない場合には、一時的に空気流量を減量することで改質ガスの組成及び燃料ガスの組成を安定させることができる。
尚、補正係数を求めるときに使用した出力変化量ΔＰと補正時間Ｔと出力変化率Ｒ１との関係を参考のため図４に示しておく。
【００４８】
次に、第３実施形態の燃料電池システムの制御方法について図１及び図５を参照して説明する。
第１実施形態の燃料電池システムの制御方法のように空気流量を一時的に増量して反応器１に供給すると改質ガス中の水素が消費され減少するが、通常、この減少量は燃料電池２の許容範囲内であるため燃料電池２にダメージを与えることはほとんどない。しかし、改質ガス中の水素の消費量が多すぎて燃料電池２の許容範囲を超えてしまう場合には、以下に説明する第３実施形態の制御方法がさらに必要となる。尚、補正をかける時間は加減速中の時間内である。
【００４９】
〔加速時の補正〕
図５（ａ）を参照して加速時における空気流量の補正方法について説明する。
（１）第１実施形態の燃料電池システムの制御方法と同様に、出力変化量ΔＰと補正係数Ｇ１のマップ及び出力変化率Ｒ１と補正係数Ｇ３のマップから改質用空気流量Ｑ１mapを補正する補正係数Ｇ１×Ｇ３を求め、初期のマップから求めた空気流量に補正係数Ｇ１×Ｇ３をかけて補正を行い改質用空気流量Ｑ１airとする（Ｓ６０）。
（２）燃料電池２が許容できる水素量から計算して求めた燃料噴射量に対する改質用空気流量限界値のマップ（Ｓ６１）を使って実際に改質器１ａに供給できる改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitを求める。
（３）補正した改質用空気流量Ｑ１airが改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitを超えているかどうかを判断する（Ｓ６２）。
（４）改質用空気流量Ｑ１airが改質用空気流量の限界値Ｑ１air limit以下の場合は、改質用空気を改質用空気流量Ｑ１airに設定して改質器１ａに供給する（Ｓ６３）。
（５）改質用空気流流量Ｑ１airが改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitを超えている場合は、改質用空気流量Ｑ１airを改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitに置き換える（Ｓ６４）。
（６）次に、改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitと改質用空気流量マップ値Ｑ１mapと出力変化量ΔＰから求めた補正係数Ｇ１とを使って、以下の式から限界出力変化率Ｇ３limitを算出する（Ｓ６５）。
Ｇ３limit＝Ｑ１air limit／（Ｑ１map×Ｇ１）
（７）さらに算出した限界出力変化率Ｇ３limitの値を使って、出力変化率Ｒ１に対する補正係数Ｇ３のマップから限界出力変化率Ｒ１limitを求める（Ｓ６６）。
（８）燃料電池２の要求負荷に対して、限界出力変化率Ｒ１limitの速度で出力変化を行うように運転して制御する（Ｓ６７）。
（９）改質用空気流量の限界値Ｑ１air limitを改質用空気流量Ｑ１airとして改質器１ａに導入する（Ｓ６８）。
【００５０】
〔減速時の補正〕
図５（ｂ）を参照して減速時における制御方法について説明する。
（１）第１実施形態の燃料電池システムの制御方法と同様に、出力変化量ΔＰと補正係数Ｇ２のマップ及び出力変化率Ｒ１と補正係数Ｇ４のマップからＣＯ除去用空気流量Ｑ２mapを補正する補正係数Ｇ２×Ｇ４を求め、初期のマップから求めた空気流量に補正係数Ｇ２×Ｇ４をかけて補正を行いＣＯ除去用空気流量Ｑ２airとする（Ｓ７０）。
（２）燃料電池２が許容できる水素量から計算して求めた燃料噴射量に対するＣＯ除去用空気流量の限界値のマップ（Ｓ７１）を使って実際にＣＯ除去１ｂに導入できるＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limitを求める。
（３）補正したＣＯ除去用空気流量Ｑ２airがＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limitを超えているかどうかを判断する（Ｓ７２）。
（４）ＣＯ除去用空気流量Ｑ２airがＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limit以下の場合は、ＣＯ除去用空気をＣＯ除去用空気流量Ｑ２airに設定してＣＯ除去器１ｂに供給する（Ｓ７３）。
（５）ＣＯ除去用空気流量Ｑ２airがＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limitを超えている場合は、ＣＯ除去用空気流量Ｑ２airをＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limitに置き換える（Ｓ７４）。
（６）次に、ＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ１air limitとＣＯ除去用空気流量マップ値Ｑ２mapと出力変化量ΔＰから求めた補正係数Ｇ２とを使って、以下の式から限界出力変化率Ｇ４limitを算出する（７５）。
Ｇ４limit＝Ｑ２air limit／（Ｑ２ｍａｐ×Ｇ２）
（７）さらに算出した限界出力変化率Ｇ４limitの値を使って、出力変化率Ｒ２に対する補正係数Ｇ４のマップから限界出力変化率Ｒ２limitを求める（Ｓ７６）。
（８）燃料電池２の要求負荷に対して、限界出力変化率Ｒ２limitの速度で出力変化を行うように運転して制御する（Ｓ７７）。
（９）ＣＯ除去用空気流量の限界値Ｑ２air limitをＣＯ除去用空気流量Ｑ２airとしてＣＯ除去器１ｂに導入する（Ｓ７８）。
【００５１】
このように第３実施形態の制御方法を適用することにより、第１実施形態の燃料電池システムの制御方法のように空気流量を一時的に増量して反応器１に供給すると、改質ガス中の水素が消費され減少するが、このときの水素の消費量が多すぎて燃料電池２の許容範囲を超えてしまう場合であっても、改質ガスの組成及び燃料ガスの組成を安定させながら燃料電池２にダメージを与えずに運転することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）請求項１の発明によれば、改質手段付き燃料電池システムにおいて、改質手段に空気を導入するとともに流量を制御する改質用空気の流量制御手段を設け、燃料電池に対する要求出力の変化に基づいて、前記改質用空気の流量制御手段から導入する空気流量に補正を加えて制御するようにしたので、過渡状態における改質ガスの組成を安定させながら燃料電池にもダメージを与えることなく運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システム全体を示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃料燃料電池システムにおいて、過渡状態における改質ガスの組成が悪化し燃料電池にダメージを与える恐れがある場合の改質用空気及びＣＯ除去用空気の空気流量の補正方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る燃料電池システムにおいて、過渡状態における改質ガスの組成の悪化が懸念されない場合の改質用空気及びＣＯ除去用空気の空気流量の補正方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る燃料電池の出力変化量、出力変化率、補正時間との関係を説明するための図である。
【図５】本発明に係わる燃料電池システムにおいて、過渡状態で空気を増量した場合に改質ガス中の水素ガスが減ってしまい燃料電池にダメージを与える恐れがある場合の空気流量の補正方法を説明するためのフローチャートである。（ａ）加速時の空気流量の補正方法を説明するためのフローチャートである。（ｂ）減速時の空気流量の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】従来の燃料電池システム全体を示す構成図である。
【図７】従来の燃料電池システムにおける改質用空気流量及びＣＯ除去用空気流量を算出する算出フローである。
【図８】従来の燃料電池の出力に対する改質触媒の温度との関係を示す図である。
【図９】従来の加速時及び減速時における燃料電池の出力に対する改質触媒の温度を示す図である。
【図１０】従来の改質触媒温度と改質ガス中の有害成分濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１                  反応器
１ａ                改質器(改質手段)
１ｂ                ＣＯ除去器（ＣＯ除去手段）
２                  燃料電池
３                  Ｓ／Ｃ（スーパーチャージャ）
４                  触媒燃焼器
５                  蒸発器(蒸発手段)
６                  制御装置
ＡＶ１，ＡＶ２，ＡＶ３      流量制御手段
【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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