(57)【要約】【課題】酸化剤流量が正常に検出できなくなった際の酸化剤の供給過剰もしくは供給不足によるドライアウトやフラッディングを抑制することを課題とする。【解決手段】酸化剤流量検出手段２０４の検出値が異常である場合には、酸化剤許容上限流量と酸化剤許容下限流量と酸化剤許容上下限流量幅と酸化剤推定最大流量と酸化剤推定最小流量と酸化剤推定最大最小流量幅に基づいて、目標値生成手段２０９が目標酸化剤流量と目標運転圧力と目標燃料電池温度と目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上を変更し、変更した目標酸化剤流量と目標運転圧力と目標燃料電池温度と目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上に基づいて運転制御手段２１０がシステムの運転を制御して構成される。【選択図】図２
2009211935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給手段により供給される燃料ガスと、酸化剤供給手段により供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される酸化剤の流量を検出する酸化剤流量検出手段とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段で検出された運転状態に基づいて、前記燃料電池に供給される酸化剤流量の酸化剤許容上限流量と酸化剤許容下限流量と酸化剤許容上下限流量幅を算出する酸化剤許容上下限流量算出手段と、
前記酸化剤供給手段における供給量のばらつき特性と目標酸化剤流量に基づいて、前記燃料電池を流れる酸化剤流量が取り得る酸化剤推定最大流量と酸化剤推定最小流量と酸化剤推定最大最小流量幅を推定する酸化剤最大最小流量推定手段と、
前記燃料電池の目標酸化剤流量と目標運転圧力と目標燃料電池温度と目標燃料電池発電量を算出する目標値生成手段と、
前記酸化剤流量検出手段で検出された酸化剤流量、前記目標値生成手段で算出された、前記燃料電池の目標酸化剤流量、目標運転圧力、目標燃料電池温度ならびに目標燃料電池発電量に基づいて、酸化剤流量、運転圧力、燃料電池温度ならびに燃料電池発電量を制御して、前記燃料電池システムの運転を制御する運転制御手段とを有し、
前記目標値生成手段は、前記酸化剤流量検出手段の検出値が異常である場合には、前記酸化剤許容上限流量と前記酸化剤許容下限流量と前記酸化剤許容上下限流量幅と前記酸化剤推定最大流量と前記酸化剤推定最小流量と前記酸化剤推定最大最小流量幅に基づいて、前記目標酸化剤流量と前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度と前記目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上を変更する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記運転状態検出手段は、燃料電池発電量と、運転圧力と、燃料電池温度とを前記燃料電池の運転状態として検出する
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】
前記目標値生成手段は、前記酸化剤許容上下限流量幅が前記酸化剤推定最大最小流量幅よりも大きいかもしくは等しい場合には、前記酸化剤許容上限流量が前記酸化剤推定最大流量以上、かつ前記酸化剤許容下限流量が前記酸化剤推定最小流量以下となるように、前記目標酸化剤流量と前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度のいずれか一つ以上を変更する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記目標値生成手段は、前記酸化剤許容上下限流量幅が前記酸化剤推定最大最小流量幅よりも大きいかもしくは等しい場合には、前記酸化剤許容下限流量に予め設定された第１の所定流量を加えた流量と前記酸化剤推定最小流量とを一致させるように、前記目標酸化剤流量と前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度のいずれか一つ以上を変更する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記目標値生成手段は、前記酸化剤許容上下限流量幅が前記酸化剤推定最大最小流量幅よりも小さい場合には、前記酸化剤許容上限流量から予め設定された第２の所定流量を減じた流量と前記酸化剤推定最大流量とを一致させるように、前記目標酸化剤流量と前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度のいずれか一つ以上を変更する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の酸化剤下限余剰率と前記燃料電池発電量とに基づいて、酸化剤余剰率下限流量を算出する酸化剤余剰率下限流量算出手段を有し、
前記目標値生成手段は、前記酸化剤余剰率下限流量と前記酸化剤許容上限流量とに基づいて酸化剤余剰率許容上下限幅を算出し、前記酸化剤余剰率許容上下限幅が前記酸化剤推定最大最小流量幅よりも小さいかもしくは等しい場合には、前記酸化剤余剰率下限流量に予め設定された第３の所定流量を加えた流量と前記酸化剤推定最小流量とを一致させるように前記目標酸化剤流量を変更し、前記酸化剤推定最大流量が前記酸化剤許容上限流量以下となるように、前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度と前記目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上を変更する
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記目標値生成手段は、前記目標運転圧力と前記目標燃料電池温度のいずれか一つ以上を前記目標燃料電池発電量よりも優先させて変更する
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】
前記燃料電池の発電量に基づいて算出された許容上限燃料電池温度の燃料電池発電量に対する特性を示す許容上限燃料電池温度特性を算出する許容上限燃料電池温度特性算出手段と、
前記燃料電池の発電量に基づいて算出された燃料電池推定温度の燃料電池発電量に対する変化を示す燃料電池推定温度特性を推定する燃料電池推定温度特性推定手段を有し、
前記目標値生成手段は、前記燃料電池推定温度特性で示す温度が前記許容上限燃料電池温度特性で示す温度以下となる前記燃料電池発電量を算出し、算出した燃料電池発電量に前記目標燃料電池発電量を変更する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記酸化剤推定最大流量と前記運転圧力と前記燃料電池発電量とに基づいて、許容上限燃料電池温度を算出する許容上限燃料電池温度算出手段を有し、
前記目標値生成手段は、前記燃料電池温度が前記許容上限燃料電池温度以下となるように前記目標燃料電池発電量を変更する
ことを特徴とする請求項６または８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記目標値生成手段は、前記酸化剤推定最小流量が前記酸化剤許容下限流量よりも小さい場合には、前記目標酸化剤流量と前記目標運転圧力のいずれか一つ以上を脈動させる
ことを特徴とする請求項５〜９のいずれか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、酸化剤流量検出手段が異常である場合に、燃料電池に供給される酸化剤流量の調整制御を改善した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載されている技術では、燃料電池に供給される酸化剤の酸化剤供給流路における酸化剤流量を検出する酸化剤流量センサの故障を検知した際には、酸化剤供給器のエアコンプレッサに対する回転数指令値を用いて酸化剤体積流量を算出し、この酸化剤体積流量と吸入酸化剤の温度とに基づいて酸化剤質量流量を推定し、酸化剤流量センサで検出される酸化剤流量に代えてこの酸化剤質量流量を用いて燃料電池システムの運転を継続していた。
【特許文献１】特開２００４−１７９１２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、エアコンプレッサに対する回転数指令値と吸入酸化剤の温度とに基づいて、酸化剤質量流量を推定する手法では、推定誤差が大きくなるおそれがあった。このため、推定誤差の大きな酸化剤流量に基づいてシステムの運転を継続した場合には、運転に適切な酸化剤が供給されないおそれがあり、酸化剤の過剰もしくは不足によりドライアウトやフラッディング等の不具合が発生するおそれがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸化剤流量が正常に検出できなくなった際の酸化剤の供給過剰もしくは供給不足によるドライアウトやフラッディングを抑制して、システムの性能低下を回避し得る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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、酸化剤流量検出手段の検出値が異常である場合には、酸化剤許容上限流量と酸化剤許容下限流量と酸化剤許容上下限流量幅と酸化剤推定最大流量と酸化剤推定最小流量と酸化剤推定最大最小流量幅に基づいて、目標値生成手段が目標酸化剤流量と目標運転圧力と目標燃料電池温度と目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上を変更し、変更した目標酸化剤流量と目標運転圧力と目標燃料電池温度と目標燃料電池発電量のいずれか一つ以上に基づいて運転制御手段がシステムの運転を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、酸化剤流量が正常に検出できなくなった際の酸化剤の供給過剰もしくは供給不足によるドライアウトやフラッディングを抑制して、システムの性能低下を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の実施例１〜実施例４に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施例１の燃料システムは、燃料電池スタック１０１と、燃料電池スタック１０１に対して燃料ガスの水素ガスを供給、排出する水素系の構成として、水素タンク１０２、水素タンク元弁１０３、減圧弁１０４、水素調圧弁１０５、水素循環ポンプ１０７、圧力センサ１０６ａ、パージ弁１０８、排水素処理装置１０９を備え、燃料電池スタック１０１に対して酸化剤ガスの空気を供給、排出する空気系の構成として、コンプレッサ１１０、加湿器１１１、エアフロメータ１１９、圧力センサ１０６ｂ、空気調圧弁１１２を備え、燃料電池スタック１０１の発電で生じた熱を冷媒で除去する冷却系の構成として、冷却水ポンプ１１３、温度センサ１１４，１１５、三方弁１１６、ラジエタ１１７、ラジエタファン１１８を備えている。また、このシステムは、出力取出し装置（ＰＭ：パワーマネージャー）１２０ならびにコントローラ１２１を備えている。
【０００９】
燃料電池スタック１０１は、複数のセルが積層されて構成され、複数のセルはセル群に分けられる。燃料電池スタック１０１は、アノード極に燃料ガスの水素が、カソード極に酸化剤ガスの空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
【００１０】
アノード（水素）極反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− 
カソード（酸素）極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
アノード極への水素供給は水素タンク１０２から水素タンク元弁１０３、ならびに減圧弁１０４、水素調圧弁１０５を介してなされる。水素タンク１０２から供給される高圧水素は、減圧弁１０４で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素調圧弁１０５で燃料電池スタック１０１での水素圧力が所望の水素圧になるように調圧制御される。燃料電池スタック１０１に供給される水素の圧力は、燃料電池スタック１０１の水素入口側に設けられた圧力センサ１０６ａで検出される。
【００１１】
アノード極の水素圧力は、圧力センサ１０６ａで検出された水素圧力をコントローラ１２１に読み込み、コントローラ１２１により水素調圧弁１０５を駆動制御することによって制御される。水素圧力を一定に制御することによって、燃料電池スタック１０１が消費した分だけの水素が水素タンク１０２から供給されて補われる。
【００１２】
燃料電池スタック１０１から排出された未使用の水素は、循環路を介して水素循環ポンプ１０７により燃料電池スタック１０１の水素入口側に循環され、水素タンク１０２から供給された水素と混合されて燃料電池スタック１０１に供給される。パージ弁１０８は、水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出制御する。排出された窒素を含む水素混合ガスは排水素処理装置１０９で希釈される。パージ弁１０８は、燃料電池スタック１０１のセル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす際に開弁される。また、パージ弁１０８は、燃料電池スタック１０１の劣化を防止するために、システム起動時および停止時にカソード極の空気を電力消費させつつ水素系内のガスを水素置換させる際に閉弁される。排水素処理装置１０９は、パージ弁１０８を介して排出された水素を可燃濃度未満の水素濃度になるように空気で希釈してシステム外へ排気するか、あるいは水素と空気を反応させて燃焼させることで排出水素濃度を下げた後排気する。
【００１３】
カソード極への空気は、コンプレッサ１１０により圧縮され、加湿器１１１で加湿された後供給され、カソード極の空気圧は空気調圧弁１１２の弁開度に基づいて制御される。燃料電池スタック１０１に供給される空気の圧力は、燃料電池スタック１０１の空気入口側に設けられた圧力センサ１０６ｂで検出される。カソード極の空気圧は、圧力センサ１０６ｂで検出された空気圧力をコントローラ１２１に読み込み、コントローラ１２１で空気調圧弁１１２を駆動制御することによって制御される。
【００１４】
燃料電池スタック１０１に供給される空気の流量は、燃料電池スタック１０１の空気入口側に設けられたエアフロメータ１１９で検出される。カソード極の空気流量は、エアフロメータ１１９で検出された空気流量をコントローラ１２１に読み込み、コントローラ１２１でコンプレッサ１１０を駆動制御することによって制御される。
【００１５】
燃料電池スタック１０１に供給される空気の空気圧、ならびに水素の水素圧は、発電効率や水収支を考慮して設定されるとともに、燃料電池スタック１０１の電解質膜やセパレータに歪みを生じないように予め設定された所定の差圧に、コントローラ１２１の制御の下に管理される。
【００１６】
燃料電池スタック１０１を冷却する冷媒となる冷却液は、冷却水ポンプ１１３により燃料電池スタック１０１へ供給される。冷却液は燃料電池スタック１０１やラジエタ１１７、又はラジエタ１１７を迂回してラジエタバイパス方向に循環する。三方弁１１６は、冷却液温度を調整するために、コントローラ１２１の制御の下で冷却液をラジエタ１１７側又はラジエタバイパス側に選択的に分流させる。三方弁１１６をラジエタ１１７側に切り替えるだけでは冷却液を所望の温度に冷やせないときにはラジエタファン１１８も駆動する。
【００１７】
燃料電池スタック１０１の冷却水流路の入口側には温度センサ１１４が設けられ、この温度センサ１１４で燃料電池スタック１０１の温度ならびに燃料電池スタック１０１に供給される冷却液の温度が検出される。また、燃料電池スタック１０１の冷却水流路の出口側には温度センサ１１５が設けられ、この温度センサ１１５で燃料電池スタック１０１から排出される冷却液の温度が検出される。
【００１８】
冷却水の温度は、温度センサ１１４，１１５で検出された冷却水温度をコントローラ１２１に読み込み、コントローラ１２１により三方弁１１６とラジエタファン１１８を駆動制御することによって調整される。
【００１９】
出力取出し装置（ＰＭ：パワーマネージャー）１２０は、燃料電池スタック１０１の発電で得られた出力（電流あるいは電力）を、燃料電池スタック１０１から取り出し制御する。出力取出し装置１２０は、燃料電池スタック１０１から取り出した出力を、負荷となる例えば車両を駆動するモータ（図示しない）に供給する。出力取出し装置１２０は、システムの起動、停止時に燃料電池スタック１０１の電圧を検出する電圧センサ（図示せず）で検出された電圧および経過時間に基づいて、燃料電池スタック１０１から出力を取り出し、カソード極の酸素を消費させる。
【００２０】
コントローラ１２１は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。コントローラ１２１は、本システムにおける上記各センサからの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、各弁を含む本システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明する酸化剤流量の調整処理を含む本システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００２１】
図２は図１に示すシステムで実施する各処理を実現する手段の構成を示す図である。図２において、運転状態検出手段２０１、酸化剤許容上下限流量算出手段２０２、酸化剤余剰率下限流量算出手段２０３、酸化剤流量検出手段２０４、酸化剤最大最小流量推定手段２０５、許容上限燃料電池温度算出手段２０６、許容上限燃料電池温度特性算出手段２０７、燃料電池推定温度特性推定手段２０８、目標値生成手段２０９、運転制御手段２１０ならびに酸化剤供給手段２１１を備えて構成されている。
【００２２】
運転状態検出手段２０１は、少なくとも燃料電池スタック１０１の温度、燃料電池スタック１０１の発電量、ならびにシステム運転時の反応ガスの運転圧力を含む燃料電池システムの運転状態を検出する。運転状態検出手段２０１は、燃料電池スタック１０１の温度を検出し、例えば先の図１に示す温度センサ１１４で構成される燃料電池温度検出手段２０１１と、燃料電池スタック１０１の発電で得られた発電量を検出し、例えば燃料電池スタック１０１に設けられた電圧センサ（図示せず）で検出された電圧ならびに出力取出し装置１２０に設けられた電流センサ（図示せず）で検出された電流に基づいて発電量を算出する、例えば先の図１に示すコントローラ１２１の機能として実現される燃料電池発電量検出手段２０１２と、燃料電池スタック１０１に供給される反応ガスの圧力を検出し、例えば先の図１に示す圧力センサ１０６ａ、１０６ｂで構成される運転圧力検出手段２０１３とを備えて構成されている。
【００２３】
酸化剤許容上下限流量算出手段２０２は、運転状態検出手段２０１で検出された運転状態に基づいて、燃料電池システムの酸化剤許容上限流量（＝ドライアウトの上限流量）と、酸化剤許容下限流量（＝フラッディングの下限流量）と、酸化剤許容上下限流量幅を算出する。
【００２４】
酸化剤余剰率下限流量算出手段２０３は、予め設定された定数として与えられる酸化剤下限余剰率と、燃料電池発電量検出手段２０１２で検出された燃料電池発電量に基づいて、酸化剤余剰率下限流量を算出する。
【００２５】
酸化剤流量検出手段２０４は、燃料電池スタック１０１に供給される酸化剤の流量を検出し、例えば先の図１に示すエアフロメータ１１９で構成される。
【００２６】
酸化剤最大最小流量推定手段２０５は、少なくとも酸化剤供給手段２１１のばらつき特性と目標値生成手段２０９で算出された目標酸化剤流量とに基づいて、推定される実酸化剤流量がとりうる酸化剤推定最大流量と酸化剤推定最小流量と酸化剤推定最大最小流量幅とを推定する。
【００２７】
許容上限燃料電池温度算出手段２０６は、燃料電池発電量検出手段２０１２で検出された発電量と運転圧力検出手段２０１３で検出された運転圧力と、酸化剤最大最小流量推定手段２０５で推定された酸化剤推定最大流量とに基づいて、許容上限燃料電池温度を算出する。
【００２８】
許容上限燃料電池温度特性算出手段２０７は、燃料電池の許容上限温度の特性を表す許容上限燃料電池温度特性を算出する。
【００２９】
燃料電池推定温度特性推定手段２０８は、燃料電池の推定温度の特性を示す燃料電池推定温度特性を推定する。
【００３０】
目標値生成手段２０９は、酸化剤許容上下限流量算出手段２０２で算出された酸化剤許容上限流量、酸化剤許容下限流量、酸化剤許容上下限流量幅と、酸化剤余剰率下限流量算出手段２０３で算出された酸化剤余剰率下限流量と、酸化剤流量検出手段２０４で検出された酸化剤流量と、酸化剤最大最小流量推定手段２０５で推定された酸化剤推定最大流量、酸化剤推定最小流量、酸化剤推定最大最小流量幅と、許容上限燃料電池温度算出手段２０６で算出された許容上限燃料電池温度と、許容上限燃料電池温度特性算出手段２０７で算出された許容上限燃料電池温度特性と、燃料電池推定温度特性推定手段２０８で推定された燃料電池推定温度特性とを入力し、これら入力した値に基づいて目標運転圧力と、目標燃料電池温度と、目標燃料電池発電量と、目標酸化剤流量を算出する。
【００３１】
運転制御手段２１０は、目標値生成手段２０９で算出された目標酸化剤流量と実際に供給される酸化剤流量とが一致するように酸化剤供給手段２１１を制御し、目標運転圧力と検出された運転圧力とが一致するように、目標燃料電池温度と検出された燃料電池温度が一致するように、目標燃料電池発電量と算出された燃料電池発電量が一致するようにそれぞれ制御して、システムを運転制御する。
【００３２】
酸化剤供給手段２１１は、燃料電池スタック１０１に酸化剤を供給し、例えば先の図１に示すコンプレッサ１１０で構成される。
【００３３】
次に、図３に示すメインフローチャートを参照して、この実施例１の処理動作の手順を説明する。図３に示す手順は、燃料電池発電量Ａｄ、運転圧力Ｐｄ、燃料電池温度Ｔｄに基づいて、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを求め、目標酸化剤流量Ｑｔと酸化剤供給手段２１１のばらつき特性に基づいて、酸化剤推定最大流量
Ｑｆｍａｘと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎを求め、その後それぞれを比較して目標酸化剤流量Ｑｔと目標運転圧力と目標燃料電池温度を調整する処理動作を実現する手順を示しており、予め設定された周期、例えば１０ｍｓ毎に繰り返し実行される。
【００３４】
図３において、先ず燃料電池システムの運転状態である、燃料電池発電量Ａｄ、運転圧力Ｐｄ、燃料電池温度Ｔｄを検出する（ステップＳ３０１）。その後、先のステップＳ３０１で検出した運転状態に基づいて、水収支を考慮して酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎ、ならびに酸化剤許容上下限流量幅Ｑを算出する（ステップＳ３０２）。続いて、目標酸化剤流量Ｑｔと酸化剤供給手段２１１のばらつき特性に応じて酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎ、ならびに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを推定する（ステップＳ３０３）。
【００３５】
次に、先のステップＳ３０２で得られた酸化剤許容上下限流量幅Ｑと、先のステップＳ３０３で得られた酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆとを比較する（ステップＳ３０４）。比較の結果、酸化剤許容上下限流量幅Ｑより酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆが小さいか同じ場合（Ｑ≧Ｑｆ）には、後述する運転動作１を実行し（ステップＳ３０５）、酸化剤許容上下限流量幅Ｑより酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆが大きい場合（Ｑ≦Ｑｆ）には、後述する運転動作２を実行した後（ステップＳ３０６）、運転動作３を実行する（ステップＳ３０７）。
【００３６】
図４は先の図３に示すステップＳ３０５の運転動作１の動作手順を示すフローチャートである。図４において、先ず酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘが酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ以上、かつ酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎが酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎ以下となるように目標酸化剤流量Ｑｔを変更する（ステップＳ４０１）。
【００３７】
次に、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘが酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ以上、かつ酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎが酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎ以下となるように目標運転圧力を変更する（ステップＳ４０２）。
【００３８】
次に、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘが酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ以上、かつ酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎが酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎ以下となるように目標燃料電池温度を変更する（ステップＳ４０３）。
【００３９】
ここでは、上記ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３で酸化剤流量と運転圧力と燃料電池温度といった変更調整する３つの目標値（調整パラメータ）の変更方法について述べたが、必ずしも３つの目標値すべてを変更する必要はなく、１つまたは２つの目標値を変更することでも実現可能である。
【００４０】
図５は先の図３に示すステップＳ３０６の運転動作２の動作手順を示すフローチャートである。図５において、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘから予め設定された所定量ΔＱｍを減じた値Ｑｘ（Ｑｘ＝Ｑｍａｘ−ΔＱｍ）を算出する（ステップＳ５０１）。その後、先のステップＳ５０１で算出した値Ｑｘと酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとが一致するように目標酸化剤流量Ｑｔを変更する（ステップＳ５０２）。先のステップＳ５０１で算出したＱｘと酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとが一致するように目標運転圧力を変更する（ステップＳ５０３）。先のステップＳ５０１で算出したＱｘと酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとが一致するように目標燃料電池温度を変更する（ステップＳ５０４）。
【００４１】
ここでは、ステップＳ５０２〜Ｓ５０４で酸化剤流量と運転圧力と燃料電池温度といった３つの目標値の変更について述べたが、必ずしも３つの目標値すべてを変更する必要はなく、１つまたは２つの目標値を変更することでも実現可能である。
【００４２】
また、上記所定量ΔＱｍを「０」にした場合には、酸化剤許容上限流量ＱｍａｘとＱｘが等しい関係（Ｑｘ＝Ｑｍａｘ）となり、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回る量を最小限にすることができる。
【００４３】
図６は先の図３に示すステップＳ３０７の運転動作３の動作手順を示すフローチャートである。図６において、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回っている場合には、フラッディングを起こす可能性があるので、目標酸化剤流量を定期的あるいは周期的に脈動（変動）させて、酸化剤極の流量脈動を発生させる（ステップＳ６０１）。
【００４４】
酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回っている場合には、フラッディングを起こす可能性があるので、目標運転圧力を定期的あるいは周期的に脈動させて、酸化剤極の圧力脈動を発生させる（ステップＳ６０２）。
【００４５】
ここでは、ステップＳ６０１、Ｓ６０２で酸化剤流量と運転圧力といった２つの目標値の変更について述べたが、必ずしも２つの目標値すべてを変更する必要はなく、いずれか１つの目標値を変更することでも実現可能である。
【００４６】
また、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回っている量によって、脈動の周期あるいは振幅を変更することで、より適切にフラッディングを抑制することができる。また、ここでは、酸化剤極における酸化剤流量と運転圧力（酸化剤ガスの圧力）の脈動について述べたが、水素極に対しても水素流量の脈動、もしくは運転圧力（水素ガスの圧力）の脈動のいずれか一つ以上を実施することで、より適切にフラッディングを抑制する効果が期待できる。
【００４７】
図７、図８ならびに図９は上記動作手順の実行前後の各諸量の変化を示す図であり、図１０はこの実施例１を実施しない従来の場合の各諸量の変化を示す図である。
【００４８】
先ず、図１０において、従来では、エアフロメータが正常状態での酸化剤流量幅に対して、エアフロメータが故障等で異常状態となり正常動作しない場合には、図１０に示すように酸化剤流量が取り得る流量幅（上下限幅）の範囲が大きくなり、酸化剤許容上限流量に対して酸化剤推定最大流量が逸脱するとドライアウトが発生するおそれがある一方、酸化剤許容下限流量を酸化剤推定最小流量が逸脱するとフラッディングが発生するおそれがある。
【００４９】
これに対して、図７は目標酸化剤流量Ｑｔを変更することで酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎを変更して酸化剤許容上下限流量幅Ｑに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを収める際の調整制御の様子を示している。図７において、調整制御前では、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを逸脱しているため、フラッディングを引き起こす可能性があるが、調整制御後では、目標酸化剤流量Ｑｔを変更して目標酸化剤流量Ｑｔ’とすることで、酸化剤許容上下限流量幅Ｑに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを収めることが可能になり、ドライアウトやフラッディングを引き起こすことなくシステムの運転を継続することができる。
【００５０】
図８は目標運転圧力と目標燃料電池温度との少なくともいずれか１つを変更することで酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを変更して酸化剤許容上下限流量幅Ｑに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを収める際の調整制御の様子を示している。図８において、酸化剤許容上限流量ＱｍａｘをＱｍａｘ’に低下させ、酸化剤許容下限流量ＱｍｉｎをＱｍｉｎｘ’に低下させることで、酸化剤許容上下限流量幅Ｑを下限側にシフトすることで図７に示した場合と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
図９は目標酸化剤流量Ｑｔを変更して目標酸化剤流量Ｑｔ’とすることで、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘが酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ以下にする際の調整制御の様子を示している。図９において、目標酸化剤流量ＱｔをＱｔ’に低下させて酸化剤推定流量
Ｑｆｍａｘを酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ以下のＱｆｍａｘ’にまで低下させ、これによりドライアウトの発生を防止することができる。なお、図９に示す調整制御では、目標酸化剤流量Ｑｔを変更しているが、先の図８に示すように目標運転圧力、燃料電池温度の少なくともいずれか１つを変更することでも同様に実施することが可能である。
【００５２】
上記実施例１では、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘから予め設定された所定量ΔＱｍを減じた値Ｑｘと酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘを一致させるようにしたが、所定量ΔＱｍは０であるような場合でも、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘを一致させることで、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回る量を最小限に抑えた状態で実施することが可能である。
【００５３】
先の図８に示す酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ’（同様に酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎ’）に低下させる方法としては、図１１ならびに図１２に示す関係に基づいて運転圧力を低下させる、もしくは燃料電池温度を高くすることのいずれか一つ以上を実施することで可能となる。
【００５４】
逆に、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ’を酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ（同様に酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎ’を酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎ）に増加させる手法は、図１１ならびに図１２に示す関係に基づいて運転圧力を高くする、もしくは燃料電池温度を低くすることのいずれか一つ以上を実施することで可能となる。
【００５５】
図１１は燃料電池発電量と燃料電池温度を一定とした際の、運転圧力と酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎの関係を示す図である。図１１において、運転圧力を高くすることで、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを増加させることができる。
【００５６】
図１２は燃料電池発電量と運転圧力を一定とした際の、燃料電池温度と酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎの関係を示す図である。図１２において、燃料電池温度を高くすることで、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを低下させることができる。
【００５７】
図１３は運転圧力と燃料電池温度を一定とした際の、燃料電池発電量と酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎの関係を示す図である。図１３において、発電量を多くすることで、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを増加させることができる。
【００５８】
次に、先の図１１〜図１３に示す特性を用いて、上述した調整制御における酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを算出する手法を説明する。
【００５９】
酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎは、運転圧力と燃料電池温度と燃料電池発電量とから発電における水収支量を計算し、この水収支量に基づいて酸化剤極に流せる酸化剤の上限流量と下限流量を決めるものとする。
【００６０】
水収支量を算出するにあたって、先ず燃料電池発電量に基づいて実機による実験やシミュレーション等の机上検討により生成水量Ｗｅを推定する。
【００６１】
続いて、燃料電池湿度Ｈｃ（ＲＨ１００とする）、燃料電池入口温度Ｔｓ、燃料電池酸化剤入口圧力Ｐｉｎ、酸化剤流量Ｑｃとに基づいて、次式により酸化剤極の供給水量Ｗｉｎを推定する。
【００６２】
（数１）
Ｗｉｎ＝Ｑｃ×ｆ（Ｔｓ）×Ｈｃ／（Ｐｉｎ−ｆ（Ｔｓ）×Ｈｃ）
ｆ（Ｔｓ）は温度Ｔｓにおける飽和水蒸気量である。
【００６３】
次に、  燃料電池出口温度Ｔｏｕｔ、酸化剤流量Ｑｃ、燃料電池出口圧力Ｐｏｕｔとに基づいて、次式により酸化剤極の排出水量Ｗｏｕｔを推定する。
【００６４】
（数２）
Ｗｏｕｔ＝Ｑｃ×ｆ（Ｔｓ）／  （Ｐｏｕｔ−ｆ（Ｔｓ））
上記で求めた生成水量Ｗｅ、供給水量Ｗｉｎ、排出水量Ｗｏｕｔに基づいて、次式により水収支量Ｗを推定する。
【００６５】
（数３）
Ｗ＝Ｗｉｎ＋Ｗｅ＋Ｗｏｕｔ
このようにして求めた水収支量に基づいて、燃料電池システムにおける乾燥限界量Ｄとフラッディング限界量Ｆを一意に決め、Ｗ＝０を乾燥限界量Ｄとし、Ｗ＝予め設定された所定値（実機による実験等により求められるフラディングが発生する値）をフラッディング限界量Ｆとして設定する。
【００６６】
以上の関係により、乾燥限界量Ｄ、運転圧力、燃料電池温度、ならびに燃料電池発電量に基づいて、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを算出し、フラッディング限界量Ｆ、運転圧力、燃料電池温度、ならびに燃料電池発電量に基づいて酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを算出する。
【００６７】
図１４は目標酸化剤流量、もしくは酸化剤供給手段が回転式の場合には一定回転数における、酸化剤供給手段から燃料電池スタックに供給される酸化剤流量のばらつき特性を示す図である。図１４において、このばらつきの上限流量が酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとなり、下限流量が酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとなる。
【００６８】
以上説明したように、上記施例１においては、酸化剤流量検出手段として機能するエアフロメータ１１９が故障等で正常に動作しなくなり、燃料電池スタック１０１に供給される酸化剤の流量を正確に検出できなくなった場合に、酸化剤許容上下限流量と推定誤差が増えたことで取り得る酸化剤推定最大最小流量とを考慮して、燃料電池スタック１０１の発電状態を変更して運転動作点を調整制御することで、酸化剤の供給過剰や供給不足によるドライアウトやフラッディングを抑制して運転を継続することができる。これにより、酸化剤の流量を検出できなくなった際のシステムの性能低下を回避することができる。
【実施例２】
【００６９】
次に、図１５に示すフローチャートを参照して、本発明の実施例２に係る処理動作の手順を説明する。この実施例２の特徴とするところは、先の図３のステップＳ３０５の運転動作１を図４に示す手順に代えて図１５に示す手順で実行し、酸化剤許容上下限流量幅Ｑが酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆよりも大きいかもしくは同じ場合に、目標酸化剤流量Ｑｔと目標運転圧力と目標燃料電池温度を変更して調整制御するようにしたことにある。
【００７０】
図１５において、先ず酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとが一致するように、目標酸化剤流量Ｑｔを変更する（ステップＳ１５０１）。続いて、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとが一致するように、目標運転圧力を変更する（ステップＳ１５０２）。引き続いて、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとが一致するように、目標燃料電池温度を変更する（ステップＳ１５０３）。
【００７１】
ここでは、ステップＳ１５０１〜Ｓ１５０３で酸化剤流量と運転圧力と燃料電池温度といった３つの目標値の変更について述べたが、必ずしも３つの目標値すべてを変更する必要はなく、１つまたは２つの目標値を変更することでも実現可能である。
【００７２】
図１６は図１５に示す処理手順においてステップＳ１５０１を実行した際の調整制御の様子を示している。図１６において、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎが酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを下回っている場合に、目標酸化剤流量ＱｔをＱｔ’に増量することで酸化剤推定最小流量ＱｆｍｉｎをＱｆｍｉｎ’に増やし酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎ’と酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎとを一致させている。このような調整制御においても、フラッディングならびにとドライアウトを防止することが可能となる。
【００７３】
また、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎとを概ね一致させることで、先の実施例１に比べて燃料電池システムの燃費を向上することができる。
【００７４】
なお、上記実施例２では、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとを一致させるようにしたが、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎに予め設定されたマージン量ΔＱｍｉｎを加えた所定値（＝Ｑｍｉｎ＋ΔＱｍｉｎ）と酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとを一致させるようにしてもよい。
【００７５】
この実施例２においては、酸化剤の供給過剰や供給不足によるドライアウトならびにフラッディングの双方を抑制して運転を継続することができる。また、燃料電池システムの燃費を向上させることが可能になることに加えて、音振性能を良好にすることができる。
【実施例３】
【００７６】
次に、図１７に示すメインフローチャートを参照して、本発明の実施例３に係る処理動作の手順を説明する。この実施例３では、燃料電池発電量Ａｄ、運転圧力Ｐｄならびに燃料電池温度Ｔｄに基づいて酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎを求め、目標酸化剤流量Ｑｔ、酸化剤供給手段のばらつき特性に基づいて酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎを求め、例えば実験等により予め定数として用意された酸化剤余剰率と燃料電池発電量に基づいて酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎを求め、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎとの許容幅を酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒとして求め、これら求めた値をそれぞれ比較し、比較結果に基づいて目標酸化剤流量Ｑｔ、目標運転圧、目標燃料電池温度、目標燃料電池発電量を変更して調整制御するようにしている。
【００７７】
図１７において、先ず燃料電池システムで得られた電力が供給される供給先（燃料電池システム対する負荷）から要求される発電量、例えば燃料電池システムが電動車両に搭載された場合には、車両のアクセルからの要求で決まる要求燃料電池発電量Ａｒと、燃料電池スタック１０１の発電量の上限値（出力制限値）となる上限燃料電池発電量Ａｌとを比較し、要求燃料電池発電量Ａｒと上限燃料電池発電量Ａｌのいずれか小さい値を目標燃料電池発電量として設定する（ステップＳ１７０１）。
【００７８】
続いて、燃料電池発電量Ａｄ、運転圧力Ｐｄ、燃料電池温度Ｔｄの運転状態を検出した後（ステップＳ１７０２）、検出した運転状態に基づいて水収支を考慮し酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ、酸化剤許容下限流量Ｑｍｉｎならびに酸化剤許容上下限流量幅Ｑを算出する（ステップＳ１７０３）。
【００７９】
引き続いて、目標酸化剤流量Ｑｔと酸化剤供給手段のばらつき特性に応じて酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎならびに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを推定する（ステップＳ１７０４）。さらに、酸化剤下限余剰率と燃料電池発電量とに基づいて酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎを算出した後（ステップＳ１７０５）、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘと酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎとの幅となる酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒを算出する（ステップＳ１７０６）。
【００８０】
次に、酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒと酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆとを比較し、
Ｑｓｒ≦Ｑｆであるか否かを判別する（ステップＳ１７０７）。
【００８１】
判別の結果、酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒより酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆが大きいかもしくは同じ場合には、酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとが一致するように目標酸化剤流量Ｑｔを変更する（ステップＳ１７０８）。その後、変更された目標酸化剤流量Ｑｔ’に基づいて、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘとを一致させるように後述する運転動作４を実行する（ステップＳ１７０９）。
【００８２】
一方、判別の結果、Ｑｓｒ＞Ｑｆである場合には、続いて先の図３のステップＳ３０４〜ステップＳ３０８で示す一連の処理を実行する。
【００８３】
次に、図１８のフローチャートを参照して、図１７のステップＳ１７０９で示す運転動作４の動作手順を説明する。図１８において、先ず目標運転圧力を上げる（ステップＳ１８０１）。また、目標燃料電池温度を下げる（ステップＳ１８０２）。さらに、上限燃料電池発電量を算出した後この上限値に基づいて発電量を変更するといった後述する運転動作５を実行する（ステップＳ１８０３）。
【００８４】
ここでは、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０３で運転圧力と燃料電池温度と燃料電池発電量といった３つの目標値の変更について述べたが、必ずしも３つの目標値すべてを変更する必要はなく、１つまたは２つの目標値を変更することでも実現可能である。
【００８５】
次に、図１９のフローチャートを参照して、図１８のステップＳ１８０３で示す運転動作５の動作手順を説明する。図１９において、先ず燃料電池発電量と酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとに基づいてそのときの酸化剤余剰率ＳＲを算出し、また燃料電池発電量と酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと運転圧力とに基づいて、許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙを算出する（ステップＳ１９０１）。
【００８６】
具体的には、燃料電池の発電に必要な酸化剤流量をＱｍｕｓとすると、次式により酸化剤余剰率ＳＲを算出する。
【００８７】
（数４）
ＳＲ＝Ｑｆｍａｘ／Ｑｍｕｓ
一方、許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙは、発電により生成される生成水が燃料電池内に残らないドライアウトが発生する際の燃料電池温度とする。すなわち、燃料電池発電量に基づいて算出される生成水量をＨｍ、そのときの運転圧力で生成水を保持しておける生成水保持量をＨｈ、酸化剤流量によって排出される生成水の排出量をＨｏとすると、発電による水収支が０（Ｈｍ＋Ｈｈ＋Ｈｏ＝０）となる燃料電池温度を許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙとする。酸化剤余剰率がそれぞれ異なる燃料電池発電量Ａｄと許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙとの関係（特性）を図２０に示す。
【００８８】
図１９に戻って、引き続いて、燃料電池発電量から燃料電池推定温度Ｔｅを算出する（ステップＳ１９０２）。燃料電池推定温度Ｔｅは、燃料電池入口温度Ｔｉｎと、燃料電池発電量で決まる燃料電池発電熱ΔＴとに基づいて次式により算出し、算出結果を図２１に示すようにテーブル化して用意する。
【００８９】
（数５）
Ｔｅ＝Ｔｉｎ＋ΔＴ
図１９に戻って、次に、図２０と図２１を合わせた図２２に示すように、先のステップＳ１９０１で求めた許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙと、先のステップＳ１９０２で求めた燃料電池推定温度Ｔｅとが一致した（交点の）発電量を推定上限燃料電池発電量Ａ０として算出する（ステップＳ１９０３）。
【００９０】
図１９に戻って、続いて、現在の燃料電池温度Ｔｄと、先のステップＳ１９０１で求めた許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙとに基づいて、現在の燃料電池温度Ｔｄと許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙとの温度差分（Ｔｄｒｙ−Ｔｄ＝ΔＴｄ）に相当する実上限燃料電池発電量ΔＡｓを算出する（ステップＳ１９０４）。
【００９１】
次に、先のＳ１９０３で求めた推定上限燃料電池発電量Ａ０と先のステップＳ１９０４で求めた実上限燃料電池発電量ΔＡｓとに基づいて、次式により上限燃料電池発電量Ａｌを算出する（ステップＳ１９０５）。
【００９２】
（数６）
Ａｌ＝Ａ０＋ΔＡｓ
ここでは、推定上限燃料電池発電量Ａ０と実上限燃料電池発電量ΔＡｓとの双方の発電量に基づいて上限燃料電池発電量Ａｌを算出しているが、いずれか一方の発電量（Ａ０またはΔＡｓ）を上限燃料電池発電量Ａｌとして設定するようにしてもよい。
【００９３】
次に、図２２を参照して目標燃料電池発電量Ａｔの変更について説明する。
【００９４】
例えば、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ（供給空気量）／燃料電池発電量Ｑｑ（＝消費水素量）として算出された酸化剤余剰率ａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）において、酸化剤余剰率ａでは、燃料電池推定温度Ｔｅの特性と許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙの特性における一致する温度（交点）は存在しないため、いずれの温度領域でもドライアウトは発生しない。したがって、酸化剤余剰率ａである場合には、推定上限燃料電池発電量Ａ０は、最大取り出し発電量となる。
【００９５】
一方、酸化剤余剰率ｂでは、燃料電池推定温度Ｔｅの特性と許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙの特性における一致する温度（交点）が存在するので、目標燃料電池発電量は一致する温度に対応した上限燃料電池発電量Ａｂ以下に設定する必要があり、推定上限燃料電池発電量Ａ０は上限燃料電池発電量Ａｂとなる。
【００９６】
また、酸化剤余剰率ｃでは、燃料電池推定温度Ｔｅの特性と許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙの特性における一致する温度（交点）が存在するので、目標燃料電池発電量は一致する温度に対応した上限燃料電池発電量Ａｃ以下に設定する必要があり、推定上限燃料電池発電量Ａ０は上限燃料電池発電量Ａｃとなる。
【００９７】
なお、図２２に示す特性では、燃料電池推定温度特性と許容上限燃料電池温度特性との交点は複数個ない場合を示しているが、例えば複数存在する場合においても、取り出し発電量が大きい方の上限燃料電池発電量の温度を選択するようにすればよい。
【００９８】
酸化剤余剰率がそれぞれ異なる燃料電池発電量Ａｄと許容上限燃料電池温度Ｔｄｒｙとの関係（特性）を表す図２３に示すように、燃料電池推定温度Ｔｅの特性に代えて燃料電池温度と許容上限燃料電池温度とに基づいて目標燃料電池発電量を変更することも可能である。すなわち、燃料電池温度が許容上限燃料電池温度以下になるまで目標燃料電池発電量を下げることで、酸化剤余剰率も低下するため、例えば酸化剤余剰率ｃにおける燃料電池温度Ｔ３で酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを収めることが可能となる。
【００９９】
図２４は図１７に示す処理手順を実行した際の調整制御の様子を示している。図２４では、酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとを一致させるように目標酸化剤流量ＱｔからＱｔ’に変更し、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘが酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを上回っている状態ではドライアウトを引き起こす可能性があるため、目標運転圧力を上げる、もしくは目標燃料電池温度を下げる、あるいは燃料電池発電量を変更することのいずれか一つ以上を実施して酸化剤余剰率許容流量幅Ｑｓｒに酸化剤推定最大最小流量幅Ｑｆを収めるようにしている。
【０１００】
なお、この実施例３では、酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎと酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとを一致させるようにしたが、酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎに予め設定されたマージン分ΔＳＲｍｉｎを加えた所定値（＝ＳＲｍｉｎ＋ΔＳＲｍｉｎ）と酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎとを一致させるようにしてもよい。
【０１０１】
また、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘとを一致させるようにしたが、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘから予め設定されたマージン分ΔＱｍａｘを減じた所定値（＝Ｑｍａｘ−ΔＱｍａｘ）と酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘとを一致させるようにしてもよい。
【０１０２】
以上説明したように、この実施例３においては、ドライアウトを防止し、かつ酸化剤余剰率下限流量を確保しながらシステムの運転を継続することが可能となる。また、フラッディングを防止することが可能となる。
【実施例４】
【０１０３】
次に、本発明の実施例４に係る処理動作の手順を説明する。この実施例４は、先の実施例３の図１７に示すステップＳ１７０８の運転動作４を、図１８に示す動作手順に代えて図２５のフローチャートに示す動作手順で実行し、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘと酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘとを一致させるように、目標運転圧、目標燃料電池温度、目標燃料電池発電量を変更するようにしている。
【０１０４】
図２５において、先ず運転圧力Ｐｄと燃料電池温度Ｔｄがともに上限値（Ｐｍａｘ、Ｔｍａｘ）に達したか否かを判別する（ステップＳ２５０１）。判別の結果、運転圧力が上限値に達していない場合には、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘに一致させるように目標運転圧力を上げる（ステップＳ２５０２）。
【０１０５】
また、燃料電池温度が上限値に達していない場合には、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘに一致させるように目標燃料電池温度を下げる（ステップＳ２５０３）。
【０１０６】
一方、運転圧力と燃料電池温度の双方が上限値に達した場合には、先の図１９のフローチャートに動作手順を示す運転動作５を実行して上限燃料電池発電量を変更する（ステップＳ２５０４）。
【０１０７】
ここでは、ステップＳ２５０１、Ｓ２５０２で運転圧力と燃料電池温度といった２つの目標値の変更について述べたが、必ずしも２つの目標値すべてを変更する必要はなく、いずれか１つの目標値を変更することでも実現可能である。
【０１０８】
図２６は図２５に示す処理手順を実行した際の調整制御の様子を示している。図２６では、酸化剤推定最小流量Ｑｆｍｉｎと酸化剤余剰率下限流量ＳＲｍｉｎとを一致させるように、目標酸化剤流量ＱｔをＱｔ’と変更している。ここで、目標酸化剤流量Ｑｔ’にすることで酸化剤推定最大流量はＱｆｍａｘからＱｆｍａｘ’となり、酸化剤推定最小流量はＱｆｍｉｎからＱｆｍｉｎ’となる。
【０１０９】
このような状態では、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ’が酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを上回っているので、ドライアウトが発生する可能性があるため、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを大きく変更する必要がある。そのため、目標運転圧力を高くしもしくは目標燃料電池温度を低くしのいずれか一つ以上を実施し、酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘから酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ’に大きくする。
【０１１０】
ここで、運転圧力と燃料電池温度が上限値になった場合に、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ’が酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘを上回っていると、まだドライアウトする可能性があるため、今回は燃料電池発電量を変更する。なお、運転圧力と燃料電池温度が上限値になる前に、酸化剤推定最大流量Ｑｆｍａｘ’が酸化剤許容上限流量Ｑｍａｘ以下になった場合には、燃料電池発電量は変更しないものとする。
【０１１１】
いずれにしても、この実施例４では、先の実施例３に比べて燃料電池スタック１０１からの取り出し出力に制限を与えることは回避できるか、もしくは取り出し出力の制限を少なくして、ドライアウトやフラッディングを抑制することが可能となる。
【０１１２】
なお、上記実施例１〜４において、運転圧力や酸化剤流量に対して大気圧や雰囲気温度などを考慮して補正を行うようにしてもよい。例えば、運転圧力（または酸化剤流量）と大気圧、雰囲気温度との関係（特性）を予め実機等による実験やシミュレーション等の机上検討により求め、求めた特性に基づいて運転圧力や酸化剤流量を増加／減少させて補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施例１〜４に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すシステムで実施する各処理を実現する手段の構成を示す図である。
【図３】実施例１の動作処理の手順を示すメインフローチャートである。
【図４】図３に示す一部処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】図３に示す一部処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】図３に示す一部処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例１における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図８】実施例１における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図９】実施例１における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図１０】実施例１における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図１１】目標運転圧力と酸化剤許容上限流量ならびに酸化剤許容下限流量との関係を示す図である。
【図１２】目標燃料電池温度と酸化剤許容上限流量ならびに酸化剤許容下限流量との関係を示す図である。
【図１３】目標燃料電池発電量と酸化剤許容上限流量ならびに酸化剤許容下限流量との関係を示す図である。
【図１４】目標酸化剤流量と酸化剤推定最大流量ならびに酸化剤推定最小流量との関係を示す図である。
【図１５】実施例２の動作処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】実施例２における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図１７】実施例３の動作処理の手順を示すメインフローチャートである。
【図１８】図１７に示す一部処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図１９】図１７に示す一部処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図２０】酸化剤余剰率をパラメータとする目標燃料電池発電量と許容上限燃料電池温度との関係を示す図である。
【図２１】目標燃料電池発電量と燃料電池推定温度との関係を示す図である。
【図２２】酸化剤余剰率をパラメータとする目標燃料電池発電量と許容上限燃料電池温度ならびに燃料電池推定温度との関係を示す図である。
【図２３】酸化剤余剰率をパラメータとする目標燃料電池発電量と許容上限燃料電池温度ならびに燃料電池温度との関係を示す図である。
【図２４】実施例３における各諸量の変化の様子を示す図である。
【図２５】実施例４の動作処理の手順を示すフローチャートである。
【図２６】実施例４における各諸量の変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１…燃料電池スタック
１０２…水素タンク
１０３…水素タンク元弁
１０４…減圧弁
１０５…水素調圧弁
１０６ａ，１０６ｂ…圧力センサ
１０７…水素循環ポンプ
１０８…パージ弁
１０９…排水素処理装置
１１０…コンプレッサ
１１１…加湿器
１１２…空気調圧弁
１１３…冷却水ポンプ
１１４，１１５…温度センサ
１１６…三方弁
１１７…ラジエタ
１１８…ラジエタファン
１１９…エアフロメータ
１２０…出力取出し装置
１２１…コントローラ
２０１…運転状態検出手段
２０２…酸化剤許容上下限流量算出手段
２０３…酸化剤余剰率下限流量算出手段
２０４…酸化剤流量検出手段
２０５…酸化剤最大最小流量推定手段
２０６…許容上限燃料電池温度算出手段
２０７…許容上限燃料電池温度特性算出手段
２０８…燃料電池推定温度特性推定手段
２０９…目標値生成手段
２１０…運転制御手段
２１１…酸化剤供給手段
２０１１…燃料電池温度検出手段
２０１２…燃料電池発電量検出手段
２０１３…運転圧力検出手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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