JP2000223140A - 燃料電池制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の出力要求に応じて燃料ガスおよび
酸化性ガスの量を制御するにあたり、実質的な発電効率
を向上させ、同時に出力を安定化させる。 【解決手段】 燃料ガスと酸化性ガスとの反応によって
電気的エネルギを出力する燃料電池に対する前記酸化性
ガスの供給量を制御する燃料電池制御装置において、前
記燃料電池の出力関連量を平滑化する平滑化手段（ステ
ップＳ２０２）と、この平滑化手段（ステップＳ２０
２）によって平滑化された前記出力関連量に基づいて前
記酸化性ガス供給量を決定する酸化性ガス量決定手段
（ステップＳ２０３）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料ガスと酸化
性ガスとの電気化学的な反応によって電力を得る燃料電
池の制御装置に関し、特に酸化性ガスの供給量を制御す
る制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと
空気中の酸素ガスなどの酸化性ガスとを、電解質を介し
て電気化学的に反応させ、その際に生じる起電力を外部
に取り出すように構成されたいわゆるエネルギ変換器の
一種である。その電解質の種類によって高分子電解質膜
型燃料電池やリン酸型燃料電池、固体電解質型燃料電池
などが知られており、これらのうち第１番目の高分子電
解質膜型燃料電池は、反応温度が低いなどの利点があ
り、移動体用の動力源として有望視されている。

【０００３】これらの燃料電池の発電効率は、電解質の
温度や湿度などによって影響を受け、またその出力は燃
料ガスおよび酸化性ガスの供給量に応じて増大するか
ら、要求に応じた電力を効率よく出力するためには、運
転条件および供給ガス量を制御する必要がある。これを
酸化性ガスについて説明すると、酸化性ガスと燃料ガス
とはその組成に応じた反応をおこなうから、酸化性ガス
を燃料ガスに対して過剰に供給しても燃料電池の出力が
増大することがなく、反対に酸化性ガスを供給するため
の動力が、システム全体としての発電効率の低下要因と
なり、あるいは過剰な酸化性ガスが電解質を冷却して発
電効率を低下させる可能性もある。そのため、要求され
ている出力に応じて酸化性ガスを燃料電池に供給するこ
とが必要である。

【０００４】そこで例えば特開昭６０−２１６４６７号
公報に記載された発明では、燃料電池に対して空気を供
給するための圧縮機の吐出圧−吐出空気量曲線と、単セ
ル（単電池）の電圧−電流密度曲線とを利用して、燃料
電池の部分負荷運転時に、その空気極に供給すべき空気
量を算出し、空気圧縮機の吐出側に設けたコントロール
バルブを、その算出した空気量となるように制御してい
る。すなわち出力電流密度を低下させた場合に、空気圧
縮機の吐出量を低下させると同時に吐出圧を高くし、こ
れにより単セル電圧を高くして発電効率を向上させてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置で
は、燃料電池に対する要求出力の変更に伴って、供給空
気量およびその圧力を変更しているが、燃料電池の空気
極における空気の供給状態と空気圧縮機からの空気の吐
出状態とは必ずしも一致しない。すなわち、空気圧縮機
（エアーポンプ）などの供給装置から燃料電池における
空気極に空気を供給する場合、その間における流動抵抗
や温度変化に起因する膨張や収縮などの外乱要因があっ
て不可避的な制御の遅れが生じる。また、燃料電池に供
給される燃料ガスも燃料電池に対する要求出力に必ずし
も正確には一致しない場合がある。そのため、燃料電池
の出力が変化し、それに伴って空気などの酸化性ガスの
供給量を変化させるとしても、酸化性ガスの供給量が燃
料電池の出力に追従して変化せず、その結果、酸化性ガ
スの供給量の過剰状態と不足状態とが交互に生じ、それ
に伴って、燃料電池の出力が不安定になる可能性があ
る。また、酸化性ガスを過剰に供給することに伴って不
必要に電力を消費し、これがシステム全体としての発電
効率を低下させる要因になる不都合がある。

【０００６】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであり、燃料電池の実質的な発電効率を向上させ、
また燃料電池の出力を安定させることの容易な制御装置
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載された発明は、燃
料ガスと酸化性ガスとの反応によって電気的エネルギを
出力する燃料電池に対する前記酸化性ガスの供給量を制
御する燃料電池制御装置において、前記燃料電池の出力
関連量を平滑化する平滑化手段と、この平滑化手段によ
って平滑化された前記出力関連量に基づいて前記酸化性
ガス供給量を決定する酸化性ガス量決定手段とを備えて
いることを特徴とするものである。

【０００８】したがって請求項１の発明では、酸化性ガ
スの供給量の決定要因となる燃料電池の出力関連量が平
滑化されて、一時的な増大や低下などを含まないものと
なっているから、酸化性ガス供給量がその平滑化された
出力関連量に追従して変化して供給量の過不足が生じな
い。また酸化性ガスの供給量の変動が抑制されることに
伴って、燃料電池の出力が安定する。

【０００９】また、請求項２の発明は、燃料ガスと酸化
性ガスとの反応によって電気的エネルギを出力する燃料
電池が走行用動力源として車両に搭載され、その燃料電
池に対する前記酸化性ガスの供給量を制御する燃料電池
制御装置において、前記車両の運転者による加減速操作
に関連する操作関連量を検出する加減速操作量検出手段
と、その加減速操作量検出手段で検出された操作関連量
に基づいて、前記燃料電池に対する酸化性ガスの供給量
を決定する酸化性ガス量決定手段とを備えていることを
特徴とするものである。

【００１０】したがって請求項２の発明によれば、運転
者が車両の加速操作もしくは減速操作をおこなうと、そ
れに応じて燃料電池に対する酸化性ガスの供給量が増減
され、そのため運転者の加減速要求に即した燃料電池の
出力を得ることができる。

【００１１】請求項３の発明は、酸化性ガスと改質器に
供給された改質燃料の改質反応によって生じさせた燃料
ガスとの反応によって電気的エネルギを出力する燃料電
池に対する前記酸化性ガスの供給量を制御する燃料電池
制御装置において、前記改質器に供給される前記改質燃
料の量を検出する改質燃料量検出手段と、その改質燃料
量に基づいて前記燃料電池に対する前記酸化性ガス供給
量を決定する酸化性ガス供給量決定手段とを備えている
ことを特徴とするものである。

【００１２】したがって請求項３の発明によれば、改質
器における改質反応で生じる燃料ガスの量が、改質器に
供給される改質燃料の量に対応しているので、改質燃料
の量に基づいて酸化性ガスの供給量を決定することによ
り、燃料ガスに応じた酸化性ガス量とすることができ
る。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの発明における構成に加えて、前記燃料電池にお
ける前記酸化性ガスの利用率に基づいて前記燃料電池に
対する酸化性ガスの供給量を補正する酸化性ガス量補正
手段とを更に備えていることを特徴とするものである。

【００１４】したがって請求項４の発明によれば、燃料
電池に供給された酸化性ガスの全量が反応の用に供され
ることはなく、その一部が燃料ガスとの反応に使用され
るので、その利用率に基づいて酸化性ガスの供給量が補
正され、その結果、酸化性ガスの供給量が、より適正化
される。

【００１５】請求項５の発明は、請求項３の発明の構成
に加えて、前記改質器に供給された改質燃料に対する前
記燃料ガスの発生状態である改質応答性に基づいて前記
酸化性ガスの供給量を補正する酸化性ガス量補正手段と
を更に備えていることを特徴とするものである。

【００１６】したがって請求項５の発明によれば、改質
器に供給される改質燃料の量に基づいて酸化性ガスの供
給量を決定するにあたり、酸化性ガスの供給量が、燃料
電池に供給される燃料ガスの量に対応しているべきとこ
ろ、改質燃料が燃料ガスに改質される際の応答性を加味
して酸化性ガスの供給量が決定されるので、酸化性ガス
の供給量が燃料ガスの供給量に、より正確に対応するこ
ととなり、その結果、酸化性ガスの供給量の過不足が回
避され、燃料電池の出力が安定する。

【００１７】そして、請求項６の発明は、請求項１ない
し３のいずれかに記載された発明の構成に加えて、前記
燃料電池が前記酸化性ガスが供給される電極を有し、そ
の電極での温度に関連する物理量を検出する温度関連量
検出手段と、その温度関連量検出手段で検出された前記
電極での温度に関連する物理量に基づいて前記酸化性ガ
ス供給量を補正する酸化性ガス量補正手段とを更に備え
ていることを特徴とするものである。

【００１８】したがって請求項６の発明によれば、酸化
性ガスと燃料ガスとの実質的な反応が生じる電極におけ
る温度に関連する物理量に応じて酸化性ガスの供給量が
補正されるので、酸化性ガスの膨張・収縮による供給量
の誤差が是正され、その結果、酸化性ガスの供給量が更
に正確になる。

【００１９】そして、請求項７の発明は、前記燃料電池
が前記酸化性ガスを供給される電極を有し、かつその酸
化性ガスを供給するポンプが設けられ、前記電極の近傍
での圧力に関連する物理量を検出する圧力関連量検出手
段と、その圧力関連量検出手段で検出された前記電極近
傍での圧力に関連する物理量に基づいて前記ポンプに対
する指令値を補正する酸化性ガス供給指令値補正手段と
を更に備えていることを特徴とするものである。

【００２０】したがって請求項７の発明によれば、酸化
性ガスと燃料ガスとの実質的な反応が生じる電極の近傍
すなわち酸化性ガスの供給箇所における圧力に関連する
物理量に応じて酸化性ガスの供給量が補正されるので、
酸化性ガスの膨張・収縮による供給量の誤差が是正さ
れ、その結果、酸化性ガスの供給量を更に正確なものと
することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図に示す具体例
に基づいて説明する。図６は、この発明で対象とする燃
料電池１を模式的に示しており、固体電解質２を挟んで
アノード電極（陰極、燃料極）３と、カソード電極（陽
極、空気極）４とが設けられている。その固体電解質２
は、要は、イオン透過性のある物質からなるものであっ
て、一例としてプロトン透過性のある高分子膜によって
構成されている。また、各電極３，４は、撥水性のある
粒子と触媒粒子とからなる多孔質層に集電体を密着させ
て構成されている。

【００２２】さらにそのアノード電極３側には、燃料ガ
ス流路５が形成され、その燃料ガス流路５に改質器６が
接続されている。この改質器６は、メタノールなどの炭
化水素の改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成
する装置であり、したがって図６に示す例では、改質ガ
スが燃料ガスとして用いられている。また、カソード電
極４側には、酸化性ガス流路７が形成されており、その
流入口８には、酸化性ガスとして空気を供給するエアポ
ンプ９が接続されている。そしてその流入口８の近傍に
は、圧力センサ１０と温度センサ１１とが設けられてお
り、カソード電極４に対して供給される空気の圧力およ
びカソード電極４の近傍の温度を検出するように構成さ
れている。

【００２３】上記の燃料電池１は、車両の動力源として
構成されており、したがってその電極３，４には、外部
負荷１２として走行用モータが接続されている。そして
その回路の途中には、電圧センサ１３と電流センサ１４
とが設けられている。

【００２４】前記エアポンプ９を制御するための電子制
御装置（ＥＣＵ）１５が設けられている。この電子制御
装置１５は、いわゆるマイクロコンピュータを主体とし
て構成されたものであって、前記各センサ１０，１１，
１３，１４から検出信号が入力され、さらに前記改質器
６に供給される改質燃料量がデータとして入力されてい
る。また、上記の燃料電池１が搭載された車両における
加減速操作量を表すアクセル開度センサ１６が設けら
れ、このアクセル開度センサ１６によって検出されたア
クセルペダル１７の踏み込み量すなわちアクセル開度が
電子制御装置１５に入力されている。

【００２５】上記の燃料電池１は、従来の固体高分子型
燃料電池と同様に、アノード電極３側に供給された燃料
ガス（具体的には水素ガス）が電離して電子を放出する
とともに、水素イオン（プロトン）が固体電解質２をカ
ソード電極４側に透過し、さらにこのカソード電極４側
で電子を受容して燃料ガスと空気中の酸素との反応が生
じる。この反応の過程で生じる電子が外部負荷１２に供
給されて電力として使用され、その電力は燃料ガスと酸
化性ガスとの反応量によって決まる。したがって燃料電
池１に供給される燃料ガスおよび酸化性ガスの量は、基
本的には、燃料電池１に対する要求出力に基づいて決め
られる。

【００２６】以下、酸化性ガスの供給量の制御について
具体的に説明する。図１はその制御手順を説明するため
のフローチャートであって、先ず、各種センサからの信
号を入力する（ステップＳ１）。ここで入力される信号
は、例えば前述した電流センサ１４で検出された燃料電
池１の出力電流、電圧センサ１３で検出された燃料電池
１の出力電圧、アクセル開度センサ１６で検出されたア
クセル開度、圧力センサ１０で検出されたカソード電極
４の入口での圧力、温度センサ１１によって検出された
カソード電極４の近傍での温度、改質器６に供給される
改質燃料の量などの信号である。

【００２７】つぎに、これらの入力されたデータに基づ
いてカソード電極４に対する酸化性ガスとしての空気の
供給量を算出する。具体的には、先ず、供給するべき空
気（エア）の基本量Ｑa-baseを算出する（ステップＳ
２）。図２はその算出のためのサブルーチンを示してお
り、燃料電池１の出力関連量の一種である出力電流を過
去数回に亘ってサンプリングし（ステップＳ２０１）、
そのサンプル値（Ｉfc(t)，Ｉfc(t-Δt)，……）を平滑
化フィルタなどによって平滑化する（ステップＳ２０
２）。すなわちその平滑化した電流値をＩfc-aveとし、
かつ平滑化フィルタ関数をｆで表すと、 Ｉfc-ave＝ｆ（Ｉfc(t)，Ｉfc(t-Δt)，Ｉfc(t-2Δt)，
……） である。

【００２８】供給空気基本量Ｑa-baseは、この平滑化さ
れた出力電流値Ｉfc-aveに基づいて Ｑa-base＝Ｉfc-ave／Ｃf ／４／Ｒo2・Ｖ0 ・６０ によって算出することができる（ステップＳ２０３）。
ここで、Ｃf はファラディ定数、Ｒo2は空気中の酸素の
割合（≒１／５）、Ｖ0 は標準状態での理想気体の体積
（２２．４リットル／モル）である。

【００２９】したがって燃料電池１の出力電流が急激に
変化した場合であっても、その変化量が平滑化されて供
給空気量に反映される。そのため、供給空気量が急激に
変化したり、大きく変動したりすることが抑制され、そ
れに伴って燃料電池１の出力電流あるいは出力電圧が安
定する。

【００３０】また、供給空気基本量の他の算出手順を図
３に示してある。ここに示す例は、運転者の加減速操作
量に関連する物理量に基づいて供給空気基本量を算出す
る例であり、その物理量としてアクセル開度を入力する
（ステップＳ２１１）。ついで、そのアクセル開度から
マップを利用して目標電流値を求める（ステップＳ２１
２）。そのマップは、実験などによって予め作成された
ものであり、一例を図４に示してある。このようにして
求められた目標電流値が上記の平滑化された出力電流値
に相当し、したがって図４に示すマップから得られた目
標電流値を用いて上記の式により供給空気基本量Ｑa-ba
seを算出する（ステップＳ２１３）。

【００３１】このようにして供給空気基本量を算出すれ
ば、運転者の加減速の意図が供給空気量に反映され、そ
れに応じた燃料電池１の出力を得ることができる。すな
わち運転者の意図を反映した出力を得ることができる。

【００３２】カソード電極４に供給された空気中の酸素
は、燃料ガスを反応するためのものであるから、その基
本量は、燃料ガスの量に基づいて決めることができ、ま
たその燃料ガスは改質器６によって発生させられるか
ら、その量は、改質器６に供給した改質燃料の量に基づ
いて決定することができる。図５に示す例は、このよう
な関係を利用して供給空気基本量Ｑa-baseを決定するよ
うに構成した例である。すなわち先ず、改質器６の制御
系統から得られる改質燃料量Ｑm を入力し（ステップＳ
２２１）、また改質器６における改質率Ｒmhを入力する
（ステップＳ２２２）。なお、この改質率Ｒmhは実験な
どによって予め求められた値である。

【００３３】ついで、これらのデータに基づいて供給空
気基本量Ｑa-baseを算出する（ステップＳ２２３）。具
体的には、 Ｑa-base＝Ｑm ・Ｒmh・１／２・Ｖo ・６０ によって算出できる。

【００３４】したがってこの図５に示すようにして供給
空気基本量を算出すれば、改質燃料に基づいて発生した
燃料ガスの量に応じた空気を供給できるので、供給空気
量が適正化される。

【００３５】ところで、燃料電池１においては、供給し
た酸化性ガスと燃料ガスとの全量が完全に反応すること
はなく、電極３，４の構成や燃料電池１の動作状態など
によってその反応割合が所定値に定まる。一般的に、酸
化性ガスの利用率は燃料電池１の構成によってほぼ定ま
り、予め知ることができるから、その利用率を用いて供
給空気量を補正する（ステップＳ３）。すなわち上記の
基本量Ｑa-baseに利用率Ｒa の逆数を掛けて、供給空気
量Ｑa1を求める。 Ｑa1＝Ｑa-base／Ｒa

【００３６】また一方、カソード電極４に対する空気の
供給は、アノード電極３に対する燃料ガスの供給に同期
しておこなう必要があるから、改質器（ＭＲ）６での応
答性による供給空気量の補正をおこなう（ステップＳ
４）。すなわち、改質器６に対して改質燃料（改質メタ
ノール）を供給する指示を出力した後、その指示に応じ
た量の改質燃料が改質器６に実際に供給されるまでに
は、燃料の流動遅れがあり、また改質器６に供給された
改質燃料が改質反応によって燃料ガス（改質ガス）にな
るまでには反応遅れがある。そこで例えば流動遅れに関
しては、 Ｑa1(k)＝Ｑa1(k-τ) として所定の時間遅れτを考慮した補正をおこない、ま
た反応遅れについては、 Ｑa2(k)＝Ｑa1(k-τ)・１／（Ｔｓ＋１） として一次遅れの補正をおこなう。なお、τは所定の遅
れ時間、Ｔは時定数、ｓは演算子である。

【００３７】さらに、空気は、温度および圧力によって
膨張もしくは収縮して体積が変化するので、温度および
圧力に基づく補正をおこなう（ステップＳ５）。すなわ
ち温度に基づく補正は、 Ｑa3(k)＝Ｑa2(k)・Ｔmeas／Ｔ0 の演算をおこなって供給空気量を補正する。ここで、Ｔ
measは前記温度センサ１１によって検出されたカソード
電極４の近傍の温度であり、またＴ0 は標準温度（０
℃）である。

【００３８】こうして求められた供給空気量Ｑa3(k)と
なるようにエアポンプ９に対する指示電圧Ｖqa3(k)が決
定される。これは、エアポンプごとに事前に測定されて
いる電圧と吐出量との関係から決定することができる。

【００３９】また、カソード電極４に対する入口の圧力
が高ければ、カソード電極４に対する実質的な空気供給
量が抑制され、また反対に入口圧力が低ければ空気供給
量が多くなるので、圧力に基づく補正をおこなう。すな
わち Ｖqa4(k)＝Ｖqa3(k)・（Ｐmeas^{（κ-1)／κ}−１）／
（Ｐ0^{（κ-1)／κ}−１） として圧力に基づいて電圧の補正をおこなう。ここで、
Ｐmeasは前記圧力センサ１０によって検出された圧力、
Ｐ0 は予め測定したポンプの流量特性の測定時の圧力、
κは比熱比（≒１．４）である。

【００４０】なお、上記のステップＳ５における補正
は、温度あるいは圧力をパラメータとした関数によって
表されるから、予めマップとして補正量を定めておき、
そのマップに基づいて補正量を算出するようにしてもよ
い。そして、上記のようにして算出したポンプ指示電圧
Ｖqa4を出力する（ステップＳ６）。

【００４１】ここで上記の具体例とこの発明との関係を
説明すると、図２に示すステップ２０２の機能が、請求
項１の発明における平滑化手段に相当し、またステップ
Ｓ２０３の機能が、請求項１の発明における酸化性ガス
量決定手段に相当する。また、図３に示すステップＳ２
１１の機能が、請求項２の発明における加減速操作量検
出手段に相当し、またステップＳ２１３の機能が、請求
項２の発明における酸化性ガス量決定手段に相当する。
さらに、図５に示すステップＳ２２１の機能が、請求項
３の発明における改質燃料量検出手段に相当し、またス
テップＳ２２３の機能が請求項３の発明における酸化性
ガス量決定手段に相当する。

【００４２】一方、図１に示すステップＳ３の機能が請
求項４の発明における酸化性ガス量補正手段に相当す
る。また、図１に示すステップＳ４の機能が、請求項５
の発明における酸化性ガス量補正手段に相当する。そし
て、図１に示すステップＳ５の機能が、請求項６の発明
における温度関連量検出手段と酸化性ガス量補正手段、
ならびに請求項７の発明における圧力関連量検出手段と
酸化性ガス量補正手段とに相当する。

【００４３】なお、上記の具体例では、車両に搭載する
燃料電池を例に採って説明したが、この発明は上記の具
体例に限定されないのであって、固定式の燃料電池を対
象とした制御装置にもこの発明を適用することができ
る。また、この発明における酸化性ガスは空気以外のガ
スであってもよく、さらに燃料ガスは水素リッチな改質
ガス以外のガスであってもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、酸化性ガスの供給量の決定要因となる燃料電池の
出力関連量が平滑化されて、一時的な増大や低下などを
含まないものとなっているから、酸化性ガス供給量がそ
の平滑化された出力関連量に追従して変化して供給量の
過不足が防止もしくは抑制され、また、それに伴って、
燃料電池の出力を安定させることができる。

【００４５】また、請求項２の発明によれば、運転者が
車両の加速操作もしくは減速操作をおこなうと、それに
応じて燃料電池に対する酸化性ガスの供給量が増減され
るから、運転者の加減速要求に即した燃料電池の出力を
得ることができる。

【００４６】請求項３の発明によれば、改質器における
改質反応で生じる燃料ガスの量が、改質器に供給される
改質燃料の量に対応しているので、改質燃料の量に基づ
いて酸化性ガスの供給量を決定することにより、燃料ガ
スに応じた酸化性ガス量とすることができる。

【００４７】請求項４の発明によれば、燃料電池に供給
された酸化性ガスの全量が反応の用に供されることはな
く、その一部が燃料ガスとの反応に使用されるので、そ
の利用率に基づいて酸化性ガスの供給量が補正され、そ
の結果、酸化性ガスの供給量が、より適正化される。

【００４８】請求項５の発明によれば、改質器に供給さ
れる改質燃料の量に基づいて酸化性ガスの供給量を決定
するにあたり、酸化性ガスの供給量が、燃料電池に供給
される燃料ガスの量に対応しているべきところ、改質燃
料が燃料ガスに改質される際の応答性を加味して酸化性
ガスの供給量が決定されるので、酸化性ガスの供給量が
燃料ガスの供給量に、より正確に対応することとなり、
その結果、酸化性ガスの供給量の過不足が回避され、燃
料電池の出力を安定させることができる。

【００４９】請求項６の発明の発明によれば、酸化性ガ
スと燃料ガスとの実質的な反応が生じる電極における温
度に関連する物理量に応じて酸化性ガスの供給量が補正
されるので、酸化性ガスの膨張・収縮による供給量の誤
差が是正され、その結果、酸化性ガスの供給量が更に正
確になる。

【００５０】そして、請求項７の発明によれば、酸化性
ガスと燃料ガスとの実質的な反応が生じる電極の近傍す
なわち酸化性ガスの供給箇所における圧力に関連する物
理量に応じて酸化性ガスの供給量が補正されるので、酸
化性ガスの膨張・収縮による供給量の誤差が是正され、
その結果、酸化性ガスの供給量を更に正確なものとする
ことができる。

【００５１】総じてこの発明によれば、酸化性ガスを過
剰に供給することが抑制もしくは防止されるので、酸化
性ガスの供給のためのポンプなどの機器を不必要に駆動
することやそれに伴うエネルギ消費を防止でき、その結
果、燃料電池を含むシステム全体の実質的な発電効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１の発明による制御装置で実行される
制御例を説明するためのフローチャートである。

【図２】 その供給空気基本量を算出するためのサブル
ーチンの一例を示すフローチャートである。

【図３】 その供給空気基本量を算出するためのサブル
ーチンの他の例を示すフローチャートである。

【図４】 アクセル開度と目標電流値との関係を定めた
マップの一例を示す図である。

【図５】 供給空気基本量を算出するためのサブルーチ
ンの更に他の例を示すフローチャートである。

【図６】 燃料電池およびその制御系統の全体的に構成
を模式的に示すブロック図である。

【符号の説明】 １…燃料電池、 ２…固体電解質、 ４…カソード電
極、 ６…改質器、 ９…エアポンプ、 １０…圧力セ
ンサ、 １１…温度センサ、 １３…電圧センサ、 １
４…電流センサ、 １５…電子制御装置、 １６…アク
セル開度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永宮 清美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 KK02 KK44 KK54 KK56 MM04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと酸化性ガスとの反応によって
   電気的エネルギを出力する燃料電池に対する前記酸化性
   ガスの供給量を制御する燃料電池制御装置において、 前記燃料電池の出力関連量を平滑化する平滑化手段と、 この平滑化手段によって平滑化された前記出力関連量に
   基づいて前記酸化性ガス供給量を決定する酸化性ガス量
   決定手段とを備えていることを特徴とする燃料電池制御
   装置。
2. 【請求項２】 燃料ガスと酸化性ガスとの反応によって
   電気的エネルギを出力する燃料電池が走行用動力源とし
   て車両に搭載され、その燃料電池に対する前記酸化性ガ
   スの供給量を制御する燃料電池制御装置において、 前記車両の運転者による加減速操作に関連する操作関連
   量を検出する加減速操作量検出手段と、 その加減速操作量検出手段で検出された操作関連量に基
   づいて、前記燃料電池に対する酸化性ガスの供給量を決
   定する酸化性ガス量決定手段とを備えていることを特徴
   とする燃料電池制御装置。
3. 【請求項３】 酸化性ガスと改質器に供給された改質燃
   料の改質反応によって生じさせた燃料ガスとの反応によ
   って電気的エネルギを出力する燃料電池に対する前記酸
   化性ガスの供給量を制御する燃料電池制御装置におい
   て、 前記改質器に供給される前記改質燃料の量を検出する改
   質燃料量検出手段と、 その改質燃料量に基づいて前記燃料電池に対する前記酸
   化性ガス供給量を決定する酸化性ガス供給量決定手段と
   を備えていることを特徴とする燃料電池制御装置。
4. 【請求項４】 前記燃料電池における前記酸化性ガスの
   利用率に基づいて前記燃料電池に対する酸化性ガスの供
   給量を補正する酸化性ガス量補正手段を更に備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   燃料電池制御装置。
5. 【請求項５】 前記改質器に供給された改質燃料に対す
   る前記燃料ガスの発生状態である改質応答性に基づいて
   前記酸化性ガスの供給量を補正する酸化性ガス量補正手
   段とを更に備えていることを特徴とする請求項３に記載
   の燃料電池制御装置。
6. 【請求項６】 前記燃料電池が前記酸化性ガスを供給さ
   れる電極を有し、 その電極での温度に関連する物理量を検出する温度関連
   量検出手段と、 その温度関連量検出手段で検出された前記電極での温度
   に関連する物理量に基づいて前記酸化性ガス供給量を補
   正する酸化性ガス量補正手段とを更に備えていることを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電
   池制御装置。
7. 【請求項７】 前記燃料電池が前記酸化性ガスを供給さ
   れる電極を有し、かつその酸化性ガスを供給するポンプ
   が設けられ、 前記電極の近傍での圧力に関連する物理量を検出する圧
   力関連量検出手段と、 その圧力関連量検出手段で検出された前記電極近傍での
   圧力に関連する物理量に基づいて前記ポンプに対する指
   令値を補正する酸化性ガス供給指令値補正手段とを更に
   備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の燃料電池制御装置。