JP2002343397A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の冷間始動時に、各セルの電圧の低
下を防止し、燃料電池の発電電力の制限をできるだけ小
さくすることにより、暖機時間を短縮できる燃料電池シ
ステムの制御装置を提供する。 【解決手段】 標準目標運転点演算部１２２は、燃料電
池の目標発電量に基づいて燃料ガス及び酸化ガスの標準
目標ガス流量・圧力を演算する。電圧検出部１２４が検
出した各セル（または直列接続された各セル群）の電圧
のバラツキ具合をバラツキ具合判定部１２５で判定す
る。目標補正部１２１は、このバラツキ具合に応じて燃
料ガス及び酸化ガスの標準目標流量または標準目標圧力
または両方を増加する方向に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の制御装置に係り、特に暖機性能を向上させた燃料電池
システムの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は水素などの燃料ガスと、酸素
を含有する酸化ガスとを電解質膜を介して電気化学反応
させて電力を発生させるものであるが、その発電可能電
力は供給される燃料ガス及び酸化ガスの圧力及び流量に
応じて変化する。

【０００３】その特性は燃料電池それぞれで異なるのが
普通ではあるが、燃料電池の発電電流は単位時間あたり
に反応するガスの化学当量に比例する。このため、一般
的傾向として、発電電力が大きいほど、供給する燃料ガ
ス及び酸化ガスの圧力及び流量を増大させる方向にあ
る。

【０００４】そこで例えば特開平７−７５２１４号公報
に記載された技術では、燃料電池の目標発電電力に応じ
て、ガスの供給目標量を設定し、さらに該目標に応じて
制御された結果の実際のガス状態に応じて、燃料電池か
ら取出す上限の電力を演算し、実際に発電電力を制限可
能とすると開示されている。また同時に前記公報では燃
料電池の温度に応じても発電電力の上限を制限すると開
示されている。つまり、燃料電池温度からテーブルで検
索される発電量制限値と前述した実際のガス流量から求
まる発電量制限値の小さい方の発電量制限値で、燃料電
池の発電量を制限するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、燃料電池の温度をパラメータとし
て、発電電力を制限する構成となっているため、燃料電
池が低温の場合、通常よりも発電可能な電力が抑制さ
れ、燃料電池の温度を上昇させる発熱も抑制されること
になり、燃料電池の暖機時間が長くなってしまうという
問題点があった。

【０００６】この発明は、上記の問題点を鑑みたもの
で、燃料電池の冷間始動時に、各セルの電圧の低下を防
止し、燃料電池の発電電力の制限をできるだけ小さくす
ることにより、暖機時間を短縮できる燃料電池システム
の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】請求項１記載の発明は、
上記目的を達成するため、電解質膜の一方の側に燃料ガ
ス、他方の側に酸化ガスを供給され、電力を負荷に供給
する燃料電池本体と、該燃料電池本体へ所望の圧力ある
いは所望の流量、あるいは両方の燃料ガスを供給する燃
料ガス供給手段と、前記燃料電池本体へ所望の圧力ある
いは所望の流量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸
化ガス供給手段と、前記燃料電池本体の温度を制御する
燃料電池温度制御手段と、を有する燃料電池システムに
おいて、燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直
列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する
電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した各電圧のバ
ラツキ具合を判定するバラツキ具合判定手段と、該バラ
ツキ具合判定手段が判定したバラツキ具合に応じて前記
燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、
あるいはその両方を補正する目標補正手段と、を備えた
ことを要旨とする燃料電池システムの制御装置である。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置に
おいて、前記目標補正手段は、前記バラツキ具合判定手
段が判定した電圧のバラツキ具合が所定値より大きい時
に前記目標圧力及び目標流量を増加するように補正する
ものであることを要旨とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１または請求項２記載の燃料電池システ
ムの制御装置において、燃料電池本体の温度に関連する
値を検出する温度検出手段を備え、前記目標補正手段
は、前記温度検出手段が検出した温度に関連する値と、
前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具
合に応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あ
るいは目標圧力、あるいはその両方を補正することを要
旨とする。

【００１０】請求項４記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項３記載の燃料電池システムの制御装置に
おいて、前記目標補正手段は、前記温度検出手段が検出
した温度に関連する値が所定値より小さい時、あるい
は、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツ
キ具合が所定値より大きい時に前記目標圧力及び目標流
量を増加するように補正するものであることを要旨とす
る。

【００１１】請求項５記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の
燃料電池システムの制御装置において、燃料電池システ
ムの起動開始からの経過時間である起動後経過時間を計
測する起動後経過時間計測手段を備え、前記目標補正手
段は、前記起動後経過時間に応じて、前記燃料ガス及び
酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその
両方を補正することを要旨とする。

【００１２】請求項６記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項５記載の燃料電池システムの制御装置に
おいて、前記目標補正手段は、前記起動後経過時間が所
定値より短い時に、前記目標圧力及び目標流量を増加す
るように補正するものであることを要旨とする。

【００１３】請求項７記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の
燃料電池システムの制御装置において、燃料電池本体の
発電する電力を検出する発電電力検出手段を備え、前記
目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した電力
に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限す
ることを要旨とする。

【００１４】請求項８記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の
燃料電池システムの制御装置において、燃料電池本体に
供給される燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出
するガス状態検出手段と、検出された燃料ガス及び酸化
ガスの流量及び圧力から、燃料電池本体が発電可能な電
力を演算する発電可能電力演算手段とを備え、前記目標
補正手段は、前記演算された発電可能電力に応じて、前
記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを要旨
とする。

【００１５】請求項９記載の発明は、上記目的を達成す
るため、請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の
燃料電池システムの制御装置において、燃料電池または
負荷との電力の授受が可能な電力貯蔵手段と、該電力貯
蔵手段の放電可能電力を演算する放電可能電力演算手段
とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された放電可
能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を
制限することを要旨とする。

【００１６】請求項１０記載の発明は、上記目的を達成
するため、請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載
の燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池
の発電電力が供給される負荷の要求する電力を検出する
負荷要求電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、前
記検出された負荷の要求する電力に応じて、前記目標圧
力及び目標流量の補正量を制限することを要旨とする。

【００１７】請求項１１記載の発明は、上記目的を達成
するため、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項記
載の燃料電池システムの制御装置において、前記バラツ
キ具合判定手段は、前記検出された電圧の平均値を演算
し、該平均値から所定値以上離れた電圧が検出されたセ
ルまたはセル群の数と、所定数との比較により前記判定
を行うことを要旨とする。

【００１８】請求項１２記載の発明は、上記目的を達成
するため、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記
載の燃料電池システムの制御装置において、前記バラツ
キ具合判定手段は、前記検出された電圧の標準偏差を演
算し、該標準偏差と所定値との比較により前記判定を行
うことを要旨とする。

【００１９】

【発明の効果】請求項１または請求項２記載の発明によ
れば、電解質膜の一方の側に燃料ガス、他方の側に酸化
ガスを供給され、電力を負荷に供給する燃料電池本体
と、該燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、
あるいは両方の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
と、前記燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流
量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記燃料電池本体の温度を制御する燃料電池温度
制御手段と、を有する燃料電池システムにおいて、燃料
電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続された
複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出手段
と、該電圧検出手段が検出した各電圧のバラツキ具合を
判定するバラツキ具合判定手段と、該バラツキ具合判定
手段が判定したバラツキ具合に応じて前記燃料ガス及び
酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその
両方を補正する目標補正手段と、を備えたことにより、
燃料電池を構成する各セル電圧または複数セルが直列に
接続されたセル群の電圧のバラツキ具合に応じた燃料ガ
スまたは酸化ガスの目標流量または目標圧力または両方
による運転点の補正を最適に行うので、圧力増加により
燃料電池電解質膜における化学反応を促進したり、ある
いは、流量増加により燃料電池ガス流路内で凝縮した水
分の燃料電池外への排出を促進することができ、その結
果燃料電池の発電可能量の低下を最小限に留めることが
できる。

【００２０】さらにこのことにより、燃料電池からの発
熱による燃料電池の昇温が速やかに行われ、暖機を早急
に終了することができるという効果がある。

【００２１】請求項３または請求項４記載の発明によれ
ば、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え
て、燃料電池本体の温度に関連する値を検出する温度検
出手段を備え、前記目標補正手段は、前記温度検出手段
が検出した温度に関連する値と、前記バラツキ具合判定
手段が判定した電圧のバラツキ具合に応じて、前記燃料
ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、ある
いはその両方を補正するようにしたので、各セルの電圧
または複数セルが直列に接続されたセル群の電圧のバラ
ツキ具合と燃料電池温度に応じた運転点の補正を最適に
行うことができ、更に安定した燃料電池の発電を可能と
するという効果がある。

【００２２】請求項５または請求項６記載の発明によれ
ば、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え
て、燃料電池システムの起動開始からの経過時間である
起動後経過時間を計測する起動後経過時間計測手段を備
え、前記目標補正手段は、前記起動後経過時間に応じ
て、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目
標圧力、あるいはその両方を補正するようにしたので、
燃料電池の起動後経過時間が短い低温時に運転点の補正
を最適に行うことができ、更に安定した燃料電池の発電
を可能とするという効果がある。

【００２３】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項６記載の発明の効果に加えて、燃料電池本体
の発電する電力を検出する発電電力検出手段を備え、前
記目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した電
力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限
するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧縮する
圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止することがで
きる。

【００２４】請求項８記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項７記載の発明の効果に加えて、燃料電池本体
に供給される燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検
出するガス状態検出手段と、検出された燃料ガス及び酸
化ガスの流量及び圧力から、燃料電池本体が発電可能な
電力を演算する発電可能電力演算手段とを備え、前記目
標補正手段は、前記演算された発電可能電力に応じて、
前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するようにし
たので、酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事
量増大に伴う電力不足を防止する際に発電可能電力を考
慮することができる。

【００２５】請求項９記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項８記載の発明の効果に加えて、燃料電池また
は負荷との電力の授受が可能な電力貯蔵手段と、該電力
貯蔵手段の放電可能電力を演算する放電可能電力演算手
段とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された放電
可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量
を制限するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧
縮する圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止する際
に電力貯蔵手段を考慮することができる。

【００２６】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項９記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池の発電電力が供給される負荷の要求する電力を検出す
る負荷要求電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、
前記検出された負荷の要求する電力に応じて、前記目標
圧力及び目標流量の補正量を制限するようにしたので、
酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事量増大に
伴う電力不足を防止する際に負荷が要求する電力を考慮
することができる。

【００２７】請求項１１記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項１０記載の発明の効果に加えて、前記バラ
ツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の平均値を演
算し、該平均値から所定値以上離れた電圧が検出された
セルまたはセル群の数と、所定数との比較により前記判
定を行うようにしたので、簡単な演算により電圧のバラ
ツキ具合を判定することができるという効果がある。

【００２８】請求項１２記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項１１記載の発明の効果に加えて、前記バラ
ツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の標準偏差を
演算し、該標準偏差と所定値との比較により前記判定を
行うようにしたので、バラツキ具合を正確に評価するこ
とができるという効果がある。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料
電池の制御装置が適用される燃料電池システムの全体構
成を示すシステム構成図である。

【００３０】同図において、燃料電池本体１０３は、任
意の流量及び圧力の燃料ガスを供給可能な燃料ガス供給
手段１０１と、同じく任意の流量及び圧力の酸化ガスを
供給可能な酸化ガス供給手段１０２とから、それぞれ燃
料ガス及び酸化ガスを供給され、発電を行う。発電され
た電力は負荷１０４に供給されるが、燃料電池本体１０
３の発電量は負荷１０４によって制御可能に構成されて
いる。また燃料電池本体１０３の温度を発電に好適な温
度に制御する燃料電池温度制御手段１０５も設けられて
いる。これら装置は制御装置１０６によりその動作が制
御されている。

【００３１】図２は、本発明に係る燃料電池システムの
制御装置の第一実施形態の要部構成を示すブロック図で
ある。図２に示した部分は、図１の制御装置１０６の一
部を構成する。

【００３２】図２において制御装置は、目標発電量に基
づいて燃料ガス及び酸化ガスの標準目標流量及び標準目
標圧力（以下、標準目標流量・圧力と略す）からなる目
標ガス運転点の演算を行う目標ガス運転点演算部１２２
と、燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接
続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧
検出部１２４と、電圧検出部１２４が検出した電圧のバ
ラツキ具合を判定するバラツキ具合判定部１２５と、目
標ガス運転点演算部１２２が演算した標準目標流量・圧
力をバラツキ具合判定部１２５が判定したバラツキ程度
量に応じて標準目標流量・圧力を補正してガス制御系
（図１の燃料ガス供給手段１０１および酸化ガス供給手
段１０２）の目標流量・圧力を出力する目標補正部１２
１と、燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出する
ガス状態検出部１２８と、ガス状態検出部１２８が検出
した流量・圧力に基づいて発電可能電力を演算する発電
可能電力演算部１２９と、燃料電池本体または負荷との
間で電力の授受ができる二次電池やコンデンサなどの電
力貯蔵部１３１と、電力貯蔵部１３１の状態に基づいて
電力貯蔵部１３１から放電可能な電力を演算する放電可
能電力演算部１３２と、負荷１０４が要求する電力を演
算する負荷要求電力演算部１３３と、スタック出力、放
電可能電力、負荷要求電力に基づいて出力可能な上限電
力を演算する上限電力演算部１３０とを備えている。

【００３３】また、目標補正部１２１は、バラツキ具合
判定部１２５が判定したバラツキ程度量に応じて運転点
の補正量を演算する補正量演算部１２６と、この補正量
演算部１２６が演算した補正量を上限電力演算部１３０
からの上限電力により制限する運転点補正量上限演算部
１２７と、目標ガス運転点演算部１２２が演算した標準
目標流量・圧力を運転点補正量上限演算部１２７により
制限された補正量で補正する目標補正演算部１２３とを
備えている。

【００３４】次に、制御装置１０６で行われる目標流量
・圧力の補正演算について詳細に説明する。目標ガス運
転点演算部１２２は、通常運転時の標準目標運転点であ
る標準目標流量・圧力の演算を行う。これは、別途演算
された燃料電池本体１０３の目標発電電力に応じて、燃
料電池本体１０３に供給する水素と空気の標準目標流量
及び標準目標圧力を演算するものである。ここで求めら
れる標準目標流量及び圧力は、燃料電池本体１０３の温
度が十分暖まった暖機後の状態に合わせて設定された値
である。

【００３５】図３に目標発電電力に対する標準目標ガス
流量、図４に目標発電電力に対する標準目標ガス圧力の
一例を示す。これらの標準目標ガス流量及び標準目標ガ
ス圧力は、目標とする発電量に従って、予め記憶した図
３、図４のような特性テーブルのマップを検索して演算
することが可能である。

【００３６】さて、燃料電池本体１０３は、その大きさ
によって、温度が一様でなく場所によって異なったり、
またガスの配分が一様でない可能性もあり、必ずしも各
セルの電気化学的活性度や温度などの挙動が一致すると
は限らず、一部のセルの電圧が低下してしまう恐れがあ
る。そこで本発明では、各セル電圧または直列接続され
たセル群の電圧を検出することで、電解質膜での化学反
応の低下、あるいは、水つまりによる反応面積の低下を
推定し、それに従って標準目標運転点（標準目標ガス流
量及び圧力）を補正し、各セル電圧の均一化を図ること
を目的としている。

【００３７】電圧検出部１２４は、燃料電池本体１０３
の各セルの電圧を一つずつ検出するか、あるいは直列に
接続された複数セルからなるセル群の電圧を燃料電池本
体１０３の全体に亘って検出し、各電圧値をバラツキ具
合判定部１２５へ出力する。この出力値は、所望の分解
能を有するディジタル値が好ましい。

【００３８】例えば、燃料電池本体１０３のスタックを
構成する総セル数を４００とすると、２セルずつ直列接
続された２００組のセル群の電圧を検出するように構成
（２×２００＝４００）してもよいし、１０セルずつ直
列接続された４０組のセル群（１０×４０＝４００）
や、２０×２０＝４００という構成のセル群の電圧を検
出するようにしてもよい。

【００３９】ここで、単セル毎の電圧を検出するか、複
数個直列接続されたセル群の電圧を検出するか、または
セル群の直列接続数を幾つにするかは、スタックの構
造、スタック内のガス流路の構造、スタックの冷媒流路
の構造等に応じて任意に決定する設計上のパラメータで
あるが、温度上昇が遅れて電気化学反応が進まないセル
や、ガス流路に凝縮した水が溜まったセルの存在を電圧
値に基づいて容易に検出できるようなセルの直列数、言
い換えればセル群の分割数を決定することが必要であ
る。

【００４０】バラツキ具合判定部１２５は、電圧検出部
１２４が検出した各セルの電圧または直列接続された複
数のセルからなるセル群の電圧を入力し、それらの値が
どれだけバラついているかを判定する。判定方法として
は、全検出電圧の平均値を演算し、その値からある設定
値以上離れた電圧を示したセルまたはセル群が、ある設
定数以上存在するか否かで判定してもよく、あるいは標
準偏差を演算し、それから判定してもよい。

【００４１】補正量演算部１２６は、セル（セル群）電
圧のバラツキ具合に応じて、目標とするガスの流量ある
いは圧力、あるいはその両方の補正量を演算する。燃料
電池温度が低い程、流量及び圧力の目標値を大きくする
方向で補正量が演算されるが、その演算はテーブルから
検索してもよく、あるいは、ある係数を乗じることで演
算してもよい。

【００４２】図５及び図６は、それぞれ目標発電電力に
対する目標ガス流量及び目標ガス圧力の補正の一例を示
す図である。目標発電量がＷ１の時、充分暖機がされた
状態での運転点は、目標流量がＱ１、目標圧力がＰ１で
運転される。一方、燃料電池が暖機されていない状態で
は、ガス中の水分が冷えることにより燃料電池内で凝縮
したり、あるいは、電解質での化学反応速度が低下した
りする恐れがある。そこで凝縮した水を燃料電池外部に
流出させられるようガスの流量を通常より上げたり、あ
るいは、化学反応速度が向上するようガスの圧力を通常
より上げたりする補正を行い、目標ガス流量をＱ１’、
目標ガス圧力をＰ１’へと補正することで、前述の問題
点が発生することが防止可能である。即ち、セルまたは
セル群の電圧のバラツキ具合が大きいと判定された場合
には、通常の運転点Ｑ１，Ｐ１に対しＱ１’，Ｐ１’へ
とガスの流量や圧力を高める補正を行う。尚、この流量
及び圧力の補正は、それぞれ個別に行ってもよく、また
同時に行ってもよい。

【００４３】さて、このように燃料電池が暖機されてい
ない状態において、燃料電池発電電力の低下を防止する
ためにガスの流量あるいは圧力、あるいはその両方の目
標値を上乗せ補正を行うが、特に酸化ガスの流量や圧力
を高めるために図１の酸化ガス供給手段１０２が内蔵す
る圧縮機の仕事量が増大し、圧縮機の電力消費量が増え
ることが考えられる。しかしながら燃料電池を搭載する
移動体においては、外部から電力が供給される場合は少
なく、即ち圧縮機が消費できる電力もその上限を定める
必要がある。

【００４４】そこで上限電力演算部１３０では、発電可
能電力演算部１２９が演算した燃料電池が発電可能な電
力であるスタック出力（Ｐst）、あるいは負荷要求電力
演算部１３３が演算した燃料電池の負荷が要求している
負荷要求電力（Ｐld）、あるいは二次電池やコンデンサ
等電力貯蔵部１３１も備えられている場合には、電力貯
蔵部１３１から放電可能な放電可能電力（Ｐsec）の状
態に応じて、次に示す式（１）により圧縮機が消費でき
る電力の上限（Ｐlim）を演算する。

【００４５】

【数１】Ｐlim＝Ｐst−Ｐld＋Ｐsec …（１） 尚、この演算に際して、燃料電池が発電可能な電力（Ｐ
st）の替わりに、燃料電池が実際に出力している電力で
あるスタック実出力を用いてもよい。

【００４６】また別の演算方法としては、発電可能電力
（Ｐst）からの負荷の要求電力（Ｐld）を差し引いた残
りを圧縮機が消費できる電力としてもよく、あるいは、
電力貯蔵部１３１が放電できる放電可能電力（Ｐsec）
を圧縮機が消費できる電力としてもよい。

【００４７】このようにガス運転点補正の上限が制限さ
れ、目標補正演算部１２３で目標とすべきガスの運転点
を補正し、ガスの制御系へ指令値として送られる。

【００４８】以上により、燃料電池が低温であって、発
電電力が低下しやすい状態にあっても、ガスの運転点を
適切に補正すること、発電電力の低下を防止することが
可能となる。

【００４９】図７は、本発明に係る燃料電池システムの
制御装置の第二の実施形態を説明する要部ブロック図で
ある。第一の実施形態との相違は、第二の実施形態にお
けるガス運転点の目標の補正を、電圧のバラツキ具合に
加えて、燃料電池の温度あるいは、燃料電池システムの
起動後の経過時間、あるいはその両方をも考慮して行っ
ていることである。

【００５０】このため図７は、第一の実施形態を示す図
２に対して、燃料電池の温度を検出する温度検出部１４
３と、燃料電池の起動からの経過時間を計測する起動後
経過時間計測部１４４とが追加され、補正量演算部１４
２は、バラツキ具合判定部１２５からのバラツキ程度量
に加えて、温度検出部１４３が検出した温度、起動後経
過時間計測部１４４が計測した時間に基づいて補正量を
演算するように変更されている。その他のブロックの機
能は図２に示した第一の実施形態と同様なので同じ機能
を有するブロックには、同じ符号を付与して説明を省略
する。

【００５１】起動後経過時間計測部１４４は、燃料電池
システムが起動してからの時間を計時し、その経過時間
を補正量演算部１４２へ出力する。

【００５２】補正量演算部１４２は、バラツキ具合判定
部１２５からのバラツキ具合、起動後経過時間計測部１
４４からの燃料電池システム起動後の経過時間に加え、
温度検出部１４３から燃料電池の温度を入力し、これら
に応じて、目標とするガスの流量あるいは圧力、あるい
はその両方の補正量を演算する。

【００５３】補正の方向は燃料電池システムの起動時間
が短い程、あるいは、燃料電池温度が低い程、セル電圧
のバラツキ具合が大きい程、流量及び圧力の目標値は大
きくなる方向で補正が行われる。

【００５４】尚、燃料電池の温度としては、燃料電池本
体１０３に温度検出部１４３を設け、その検出値を用い
てもよく、あるいは、図１の燃料電池温度制御手段１０
５として冷却水を循環させている場合には、その冷却水
の温度を温度検出部１４３で検出して燃料電池温度を代
表する値としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される燃料電池システムの全体構
成図である。

【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第
一の実施形態の構成を示す要部ブロック図である。

【図３】第一の実施形態における標準目標ガス流量特性
を示す図である。

【図４】第一の実施形態における標準目標ガス圧力特性
を示す図である。

【図５】第一の実施形態における目標ガス流量の補正を
示す図である。

【図６】第一の実施形態における目標ガス圧力の補正を
示す図である。

【図７】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第
二の実施形態の構成を示す要部ブロック図である。

【符号の説明】

１０１ 燃料ガス供給手段 １０２ 酸化ガス供給手段 １０３ 燃料電池本体 １０４ 負荷 １０５ 燃料電池温度制御手段 １０６ 制御装置 １２１ 目標補正部 １２２ 標準目標運転点 １２３ 目標補正演算部 １２４ 電圧検出部 １２５ バラツキ具合判定部 １２６ 補正量演算部 １２７ 運転点補正量上限演算部 １２８ ガス状態検出部 １２９ 発電可能電力演算部 １３０ 上限電力演算部 １３１ 電力貯蔵部 １３２ 放電可能電力演算部 １３３ 負荷要求電力検出部

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質膜の一方の側に燃料ガス、他方の
   側に酸化ガスを供給され、電力を負荷に供給する燃料電
   池本体と、該燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の
   流量、あるいは両方の燃料ガスを供給する燃料ガス供給
   手段と、前記燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の
   流量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸化ガス供給
   手段と、前記燃料電池本体の温度を制御する燃料電池温
   度制御手段と、を有する燃料電池システムにおいて、 燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続さ
   れた複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出
   手段と、 該電圧検出手段が検出した各電圧のバラツキ具合を判定
   するバラツキ具合判定手段と、 該バラツキ具合判定手段が判定したバラツキ具合に応じ
   て前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標
   圧力、あるいはその両方を補正する目標補正手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記目標補正手段は、前記バラツキ具合
   判定手段が判定した電圧のバラツキ具合が所定値より大
   きい時に前記目標圧力及び目標流量を増加するように補
   正するものであることを特徴とする請求項１記載の燃料
   電池システムの制御装置。
3. 【請求項３】 燃料電池本体の温度に関連する値を検出
   する温度検出手段を備え、 前記目標補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度
   に関連する値と、前記バラツキ具合判定手段が判定した
   電圧のバラツキ具合に応じて、前記燃料ガス及び酸化ガ
   スの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を
   補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載
   の燃料電池システムの制御装置。
4. 【請求項４】 前記目標補正手段は、前記温度検出手段
   が検出した温度に関連する値が所定値より小さい時、あ
   るいは、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバ
   ラツキ具合が所定値より大きい時に前記目標圧力及び目
   標流量を増加するように補正するものであることを特徴
   とする請求項３記載の燃料電池システムの制御装置。
5. 【請求項５】 燃料電池システムの起動開始からの経過
   時間である起動後経過時間を計測する起動後経過時間計
   測手段を備え、 前記目標補正手段は、前記起動後経過時間に応じて、前
   記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧
   力、あるいはその両方を補正することを特徴とする請求
   項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池シス
   テムの制御装置。
6. 【請求項６】 前記目標補正手段は、前記起動後経過時
   間が所定値より短い時に、前記目標圧力及び目標流量を
   増加するように補正するものであることを特徴とする請
   求項５記載の燃料電池システムの制御装置。
7. 【請求項７】 燃料電池本体の発電する電力を検出する
   発電電力検出手段を備え、 前記目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した
   電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制
   限することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいず
   れか１項記載の燃料電池システムの制御装置。
8. 【請求項８】 燃料電池本体に供給される燃料ガス及び
   酸化ガスの流量及び圧力を検出するガス状態検出手段
   と、 検出された燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力から、
   燃料電池本体が発電可能な電力を演算する発電可能電力
   演算手段とを備え、 前記目標補正手段は、前記演算された発電可能電力に応
   じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項
   記載の燃料電池システムの制御装置。
9. 【請求項９】 燃料電池または負荷との電力の授受が可
   能な電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の放電可能電力を
   演算する放電可能電力演算手段とを備え、 前記目標補正手段は、前記演算された放電可能電力に応
   じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項
   記載の燃料電池システムの制御装置。
10. 【請求項１０】 前記燃料電池の発電電力が供給される
    負荷の要求する電力を検出する負荷要求電力検出手段を
    備え、 前記目標補正手段は、前記検出された負荷の要求する電
    力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限
    することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれ
    か１項記載の燃料電池システムの制御装置。
11. 【請求項１１】 前記バラツキ具合判定手段は、前記検
    出された電圧の平均値を演算し、該平均値から所定値以
    上離れた電圧が検出されたセルまたはセル群の数と、所
    定数との比較により前記判定を行うことを特徴とする請
    求項１ないし請求項１０のいずれか１項記載の燃料電池
    システムの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記バラツキ具合判定手段は、前記検
    出された電圧の標準偏差を演算し、該標準偏差と所定値
    との比較により前記判定を行うことを特徴とする請求項
    １ないし請求項１１のいずれか１項記載の燃料電池シス
    テムの制御装置。