JP2002352826A - 燃料電池の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気圧が変化した場合であっても燃料電池を
適切に制御する。 【解決手段】 ＥＣＵ４４は、アクセル開度センサ１４
から出力されるアクセル開度ＡＣの信号および大気圧セ
ンサ４５にて検出した大気圧ＰＡの信号に基づいて、反
応ガスの流量に関する要求値として、エアーコンプレッ
サー２１の回転数Ｎを算出し、反応ガスの圧力に関する
要求値として、背圧制御弁２５の弁開度θを算出する。
ＥＣＵ４４は、算出した回転数Ｎを出力制御器４２に入
力して、回転数Ｎに応じた各相電流をモータ４３の各相
へと出力させる。ＥＣＵ４４は、算出した弁開度θを背
圧制御弁２５に入力して、背圧制御弁２５の弁開度を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の制御装
置に係り、特に燃料電池に供給される反応ガスの流量お
よび圧力が大気圧に応じて変化する際における燃料電池
の動作を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体
高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み
込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構
成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備
えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソ
ードに酸化剤として空気が供給されて、アノードで触媒
反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜
を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電
気化学反応を起こして発電するようになっている。この
ような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側
に反応ガスとして空気を供給するためのエアーコンプレ
ッサー等を備え、さらに、この空気の圧力を信号圧とし
て、空気の圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に
反応ガスとして水素を供給する圧力流量制御弁を備え、
燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの
圧力を所定圧に設定して所定の発電効率を確保すると共
に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御するこ
とで所定の出力が得られるように設定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の一例に係る燃料電池装置では、例えば標高が高い高
地等において大気圧が低下することに伴って、燃料電池
に所望の圧力および流量の反応ガスを供給することが困
難となる場合が生じる。すなわち、標高が高くなるにつ
れて大気圧が低下して空気が薄くなるため、燃料電池か
ら所望の発電電流を取り出すためには、例えばエアーコ
ンプレッサーの回転数を増大させて反応ガスの流量（質
量流量）を増大させると共に、反応ガスの圧力を所定圧
に維持する必要がある。しかしながら、エアーコンプレ
ッサーの運転能力を超えるような回転数が要求される場
合には、所望の圧力および流量の反応ガスを供給するこ
とが困難となる。

【０００４】このとき、燃料電池に所望の圧力および流
量の反応ガスが供給されていない状態で、燃料電池に対
する所定の発電指令に基づく発電電流を取り出そうとす
ると、例えば燃料電池の発電電圧が不安定となったり、
例えば発電電圧が所定電圧を超えて低下しすぎるという
問題がある。また、反応ガスが供給不足のまま発電電流
を取り出すことにより、燃料電池の固体高分子電解質膜
を痛め、燃料電池の耐久性能が低下してしまう虞があ
る。また、エアーコンプレッサーの回転数は、所定の大
気圧における反応ガスの流量に対応して設定されている
ため、大気圧が変化した状態では、燃料電池に要求され
る反応ガスの流量と、実際に供給される反応ガスの流量
との間のずれが大きくなってしまい、適切な制御を行う
ことが困難になる虞がある。本発明は上記事情に鑑みて
なされたもので、大気圧が変化した場合であっても燃料
電池を適切に制御することが可能な燃料電池の制御装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料
電池の制御装置は、燃料電池に反応ガスとして空気を供
給する反応ガス供給手段（例えば、後述する実施の形態
におけるエアーコンプレッサ２１）と、大気圧を検出す
る大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態におけ
る大気圧センサ４５）と、前記燃料電池の発電電流指令
値（例えば、後述する実施の形態における目標発電電流
ＩＦＣ）を出力する電流指令値出力手段（例えば、後述
する実施の形態におけるＥＣＵ４４）と、前記電流指令
値出力手段から出力される前記発電電流指令値と前記大
気圧検出手段によって検出された前記大気圧に応じて前
記反応ガスの流量指令値（例えば、後述する実施の形態
におけるエアーコンプレッサ２１の回転数Ｎ）を算出
し、前記反応ガス供給手段を制御する反応ガス制御手段
（例えば、後述する実施の形態においては、ＥＣＵ４４
が兼ねる）とを備えることを特徴としている。

【０００６】上記構成の燃料電池の制御装置によれば、
例えば、電流指令値出力手段から出力される発電電流指
令値および大気圧検出手段により検出された大気圧の変
化に応じたエアーコンプレッサの回転数を、例えば予め
設定した所定のマップ等に対するマップ検索によって算
出して、燃料電池に供給される反応ガスの流量指令値と
して設定する。これにより、大気圧の変化に応じて、反
応ガスの流量に対して適切な制御指令値を設定すること
ができ、燃料電池が異常発電状態となることを防止して
適切に制御することができる。

【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電
池の制御装置は、燃料電池に反応ガスとして空気を供給
する反応ガス供給手段（例えば、後述する実施の形態に
おけるエアーコンプレッサ２１）と、大気圧を検出する
大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における
大気圧センサ４５）と、前記燃料電池の発電電流指令値
（例えば、後述する実施の形態における目標発電電流Ｉ
ＦＣ）を出力する電流指令値出力手段（例えば、後述す
る実施の形態におけるＥＣＵ４４）と、前記電流指令値
出力手段から出力される前記発電電流指令値に応じて、
前記反応ガスの流量指令値（例えば、後述する実施の形
態におけるエアーコンプレッサ２１の回転数Ｎ）を出力
する制御指令値出力手段（例えば、後述する実施の形態
においては、ＥＣＵ４４が兼ねる）と、前記大気圧検出
手段にて検出された前記大気圧に応じて前記反応ガスの
流量指令値を補正し、補正された前記流量指令値に従っ
て前記反応ガス供給手段を制御する反応ガス制御手段
（例えば、後述する実施の形態においては、ＥＣＵ４４
が兼ねる）とを備えることを特徴としている。

【０００８】上記構成の燃料電池の制御装置によれば、
先ず、電流指令値出力手段から出力される発電電流指令
値に応じて、大気圧の変化を考慮していない状態におけ
る反応ガスの流量指令値として、例えばエアーコンプレ
ッサの回転数を設定する。そして、例えば大気圧の変化
が検知されたときには、この大気圧の変化に応じたエア
ーコンプレッサの回転数に対する補正量を、例えば予め
設定した所定のマップ等に対するマップ検索によって算
出して、大気圧の変化を考慮していない状態で算出した
回転数を補正する。これにより、大気圧の変化に応じ
て、反応ガスの流量に対して適切な制御指令値を設定す
ることができ、燃料電池が異常発電状態となることを防
止して適切に制御することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池の制御装
置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装
置１０ａを備える燃料電池車両の制御装置１０の構成図
である。本実施の形態に係る燃料電池車両１は、燃料電
池１１と、蓄電装置、例えばキャパシタ１２とから構成
されたハイブリッド型の電源装置を備えており、これら
の電源装置から電力が供給される走行用モータ１３の駆
動力は、オートマチックトランスミッション或いはマニ
ュアルトランスミッションよりなるトランスミッション
Ｔ／Ｍを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、車両の減
速時に駆動輪Ｗ側から走行用モータ１３側に駆動力が伝
達されると、走行用モータ１３は発電機として機能して
いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを
電気エネルギーとして回収する。

【００１０】本実施の形態による燃料電池車両の制御装
置１０は、例えば、燃料電池の制御装置１０ａと、走行
用モータ１３と、車両の運転者のアクセル操作量に関す
るアクセル開度（すなわち加速意志）を検知するアクセ
ル開度センサ１４とを備えて構成されている。さらに、
燃料電池の制御装置１０ａは、例えば、燃料電池１１
と、キャパシタ１２と、エアーコンプレッサ２１と、冷
却器２２と、冷却器バイパス制御弁２３と、カソード加
湿器２４と、背圧制御弁２５と、水素タンク３１と、燃
料供給制御弁３２と、熱交換器３３と、エゼクタ３４
と、エゼクタバイパス制御弁３５と、アノード加湿器３
６と、貯溜タンク３７と、排出制御弁３８と、電流制御
器４１と、出力制御器４２と、モータ４３と、中央制御
装置（ＥＣＵ）４４と、大気圧センサ４５と、流量セン
サ４６と、圧力センサ４７とを備えて構成されている。

【００１１】燃料電池１１は、例えば固体ポリマーイオ
ン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカ
ソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、
複数のセルを積層して構成されたスタックからなり、燃
料として水素が供給される水素極と酸化剤として酸素を
含む空気が供給される空気極とを備えている。そして、
アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体
高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソ
ードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようにな
っている。

【００１２】燃料電池１１の空気極には、酸化剤供給部
をなすエアーコンプレッサー２１から空気が供給される
空気供給口１１ａと、空気極内の空気等を外部に排出す
るための空気排出口１１ｂが設けられている。一方、水
素極には、燃料供給部をなす水素タンク３１から水素が
供給される水素供給口１１ｃと、水素極内の水素等を外
部に排出するための水素排出口１１ｄが設けられてい
る。

【００１３】エアーコンプレッサー２１は、例えば車両
の外部から空気を取り込んで断熱圧縮して、この空気
を、反応ガスとして燃料電池１１の空気極側に供給する
と共に、圧力信号として後述する燃料供給制御弁３２お
よびエゼクタバイパス制御弁３５に供給する。

【００１４】エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇温さ
れた空気は、冷却器２２に供給可能とされており、例え
ば燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器２２にて所
定温度まで冷却された空気は、カソード加湿器２４およ
び燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３
５に供給される。また、エアーコンプレッサー２１と、
カソード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエ
ゼクタバイパス制御弁３５とを接続する流路には、冷却
器２２および、例えば冷却器２２の下流側に設けられた
冷却器バイパス制御弁２３を迂回する冷却器バイパス流
路２２ａが設けられている。すなわち、燃料電池１１の
運転状態に応じて、冷却器バイパス制御弁２３を閉弁す
ることによって、エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇
温された空気を、冷却すること無しに燃料電池１１およ
び燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３
５へ供給することができるようにされている。

【００１５】カソード加湿器２４は、例えば中空糸膜等
の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出される排出空気を、反応ガスと
して供給される空気に対する加湿ガスとして利用してい
る。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接
触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）
は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供
給される。そして、加湿された空気は燃料電池１１に供
給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電
性が所定の状態に確保されている。

【００１６】なお、後述するように、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出された排出空気は、順次、アノ
ード加湿器３７、カソード加湿器２４へ加湿ガスとして
供給され、カソード加湿器２４から排出された排出空気
は背圧制御弁２５を介して車両外部に排出されるように
なっている。背圧制御弁２５は、燃料電池１１の運転状
態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されて
おり、ＥＣＵ４４から入力される制御信号に応じた弁開
度に設定されることで、燃料電池１１内に反応ガスとし
て供給される空気の圧力（空気供給圧）が所定の圧力と
なるように制御される。

【００１７】燃料電池１１に対する燃料としての水素
は、例えば高圧の水素タンク３１から燃料供給制御弁３
２へ供給される。燃料供給制御弁３２は、例えば空気式
の比例圧力制御弁をなし、エアーコンプレッサー２１か
ら供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給制御
弁３２を通過した水素が燃料供給制御弁３２の出口で有
する圧力が、信号圧に応じた所定範囲の圧力となるよう
に設定されている。

【００１８】燃料供給制御弁３２を通過した水素は熱交
換器３３に供給されている。この熱交換器３３におい
て、燃料電池１１の運転状態に応じて、例えば冷却材と
の熱交換反応等によって所定の温度に設定された水素
は、順次、エゼクタ３４あるいはエゼクタバイパス制御
弁３５、アノード加湿器３６を介して水素供給口１１ｃ
から燃料電池１１の水素極に供給される。さらに、燃料
電池１１の水素排出口１１ｄから排出された未反応の排
出ガスは、貯溜タンク３７を通じてエゼクタ３４へと導
入されており、熱交換器３３から供給された水素と、燃
料電池１１から排出された排出ガスとが混合されて燃料
電池１１に再び供給されている。

【００１９】エゼクタ３４は、内部を流通する高速の水
素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる
燃料電池１１からの排出ガスを吸い込み、この排出ガス
を熱交換器３３を介して供給される水素と混合して燃料
電池１１へ再度供給することで、燃料電池１１から排出
された排出ガスを循環させている。

【００２０】また、熱交換器３３とアノード加湿器３６
とを接続する流路には、エゼクタ３４を迂回するエゼク
タバイパス流路３４ａが設けられている。ここで、エゼ
クタバイパス流路３４ａには、例えば空気式の比例圧力
制御弁をなすエゼクタバイパス制御弁３５がエゼクタ３
４に対して並列配置されており、エアーコンプレッサー
２１から供給される空気の圧力を信号圧として、エゼク
タバイパス制御弁３５を通過した水素がエゼクタバイパ
ス制御弁３５の出口で有する圧力つまり燃料供給圧が、
信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されて
いる。

【００２１】すなわち、酸化剤をなす空気の圧力を基準
圧力として、燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパ
ス制御弁３５での圧力流量制御によって、エゼクタ３４
を通過する水素の圧力流量特性が所定の状態となるよう
に制御され、燃料電池１１の固体高分子電解質膜に対す
る酸化剤の圧力（空気供給圧）と、燃料の圧力（燃料供
給圧）との差、つまり燃料極と空気極との極間差圧が所
定圧力差の範囲内になるように設定されている。

【００２２】アノード加湿器３６は、例えば中空糸膜等
の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出される排出空気を、水素に対す
る加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を
介して水素と排出空気とを接触させると、排出空気に含
まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過し
た後に水蒸気として水素に供給される。そして、加湿さ
れた水素は燃料電池１１に供給され、燃料電池１１の固
体分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保され
ている。

【００２３】貯溜タンク３７は、燃料電池１１の水素排
出口１１ｄから排出された排出ガスに対して気液分離を
行い、排出ガス中に含まれる液体状の水分を分離して貯
溜する。排出制御弁３８は、燃料電池１１の運転状態に
応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されてお
り、例えば貯溜タンク３７にて分離された排出ガス中の
過剰な水分（主に液体水）等を車両外部に排出する。

【００２４】燃料電池１１から取り出される発電電流は
電流制御器４１に入力されており、この電流制御器４１
には蓄電装置をなす、例えば電気二重層コンデンサや電
解コンデンサ等からなるキャパシタ１２が接続されてい
る。そして、燃料電池１１とキャパシタ１２は、電流制
御器４１および出力制御器４２を介して、電気的負荷で
ある走行用モータ１３、および、エアーコンプレッサ２
１を駆動するモータ４３等に対して並列に接続されてい
る。

【００２５】電流制御器４１は、例えばＤＣ−ＤＣチョ
ッパ等を備えて構成されており、後述するように、ＥＣ
Ｕ４４から出力される目標発電電流ＩＦＣつまり燃料電
池１１に対する発電指令に基づいて、燃料電池１１から
取り出される発電電流の電流値を制御する。

【００２６】出力制御器４２は、例えばＩＧＢＴ等のス
イッチング素子から構成されたＰＷＭインバータを備え
ており、後述するように、ＥＣＵ４４から出力される走
行用モータ１３に対するトルク指令やエアーコンプレッ
サ２１に対する回転数指令等に基づき、電流制御器４１
を介して燃料電池１１およびキャパシタ１２から出力さ
れる直流電力を３相交流電力に変換して、走行用モータ
１３およびエアーコンプレッサー２１を駆動するモータ
４３へ供給する。なお、走行用モータ１３およびモータ
４３は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石
式の３相交流同期モータとされており、出力制御器４２
から供給される３相交流電力により駆動制御される。

【００２７】ＥＣＵ４４は、例えば、蓄電装置をなすキ
ャパシタ１２から出力される出力電流および端子電圧お
よび温度の信号に基づいてキャパシタ１２の残容量を算
出し、走行用モータ１３やモータ４３等の負荷への電力
供給を制御する。さらに、ＥＣＵ４４は、出力制御器４
２に具備されたＰＷＭインバータの電力変換動作を制御
しており、例えば走行用モータ１３に対しては、運転者
によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアク
セル開度ＡＣの信号に基づいてトルク指令を算出する。
そして、このトルク指令を出力制御器４２に入力するこ
とで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭイ
ンバータに入力され、要求されるトルクを発生させるた
めの各相電流が走行用モータ１３の各相へと出力され
る。

【００２８】さらに、後述するように、ＥＣＵ４４は、
アクセル開度ＡＣの信号および大気圧センサ４５にて検
出した大気圧ＰＡの信号に基づいて、反応ガスの流量に
関する要求値として、例えばエアーコンプレッサー２１
の回転数Ｎを算出し、反応ガスの圧力に関する要求値と
して、例えば背圧制御弁２５の弁開度θを算出する。そ
して、この回転数Ｎが出力制御器４２に入力されること
で、回転数Ｎに応じた各相電流がモータ４３の各相へと
出力される。また、算出された弁開度θが背圧制御弁２
５に入力されることで、背圧制御弁２５の弁開度が制御
される。そして、反応ガスの流量および圧力に対する各
要求値と、実際に燃料電池１１に供給される反応ガスの
流量および圧力との各偏差がゼロとなるように、フィー
ドバック制御を行う。

【００２９】このとき、後述するように、ＥＣＵ４４
は、アクセル開度ＡＣの信号および大気圧ＰＡの信号に
基づいて、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出
す発電電流に対する目標発電電流ＩＦＣを算出して電流
制御器４１に入力する。このため、ＥＣＵ４４には、ア
クセル開度センサ１４から出力される例えば運転者によ
るアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル
開度ＡＣの検出信号と、大気圧センサ４５から出力され
る大気圧ＰＡの検出信号と、例えばエアーコンプレッサ
２１から供給される空気の流量（質量流量）を検出する
流量センサ４６から出力される流量検出値ＱＮの信号
と、例えば燃料電池１１の空気極側に供給される空気の
圧力を検出する圧力検出器４７から出力される圧力検出
値ＰＮの信号とが入力されている。なお、流量センサ４
６は、エアーコンプレッサ２１の空気排出口２１ａ近傍
に設けられ、圧力センサ４７は、燃料電池１１の空気供
給口１１ａ近傍に設けられている。

【００３０】本実施の形態による燃料電池の制御装置１
０ａは上記構成を備えており、次に、この燃料電池の制
御装置１０ａの動作、特に、大気圧センサ４５から出力
される大気圧ＰＡの検出信号に応じて燃料電池１１に供
給する反応ガスの流量および圧力を変更する処理につい
て添付図面を参照しながら説明する。図２は燃料電池の
制御装置１０ａの動作、特に大気圧ＰＡに応じて燃料電
池１１に供給する反応ガスの流量および圧力を変更する
処理を示すフローチャートであり、図３は大気圧ＰＡに
応じて異なる目標発電電流ＩＦＣとエアーコンプレッサ
２１の回転数Ｎとの関係を示すグラフ図であり、図４は
大気圧ＰＡに応じて異なる目標発電電流ＩＦＣと背圧制
御弁２５の弁開度θとの関係を示すグラフ図である。

【００３１】先ず、図２に示すステップＳ０１において
は、車両の運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度
ＡＣの検出信号に基づいて、燃料電池１１の目標発電電
流ＩＦＣを、例えば予め設定された所定のマップに対す
るマップ検索等により算出する。次に、ステップＳ０２
においては、算出した目標発電電流ＩＦＣに基づいて、
燃料電池１１に供給する反応ガスの目標流量（質量流
量）ＱＭおよび目標圧力ＰＭを、例えば予め設定された
所定のマップに対するマップ検索等により算出する。

【００３２】次に、ステップＳ０３においては、大気圧
センサ４５により検出された大気圧ＰＡの信号を取得す
る。そして、ステップＳ０４においては、大気圧センサ
４５にて検出した大気圧ＰＡが所定の第１気圧＃Ｐ１
（例えば、１００ｋＰａ）よりも大きいか否かを判定す
る。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステ
ップＳ１０に進む。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の
場合には、ステップＳ０５に進む。

【００３３】ステップＳ０５においては、目標発電電流
ＩＦＣに基づいて第１のマップをマップ検索し、エアー
コンプレッサ２１の回転数Ｎを算出して、エアーコンプ
レッサ２１を制御する。なお、第１のマップにおいて、
目標発電電流ＩＦＣと回転数Ｎとの関係は、例えば図３
に示すＭＡＰ１のように、回転数Ｎが目標発電電流ＩＦ
Ｃに比例して増大するように設定されている。

【００３４】次に、ステップＳ０６においては、目標発
電電流ＩＦＣに基づいて所定のマップをマップ検索し、
背圧制御弁２５の弁開度θを算出して、背圧制御弁２５
を制御する。なお、所定のマップにおいて、目標発電電
流ＩＦＣと弁開度θとの関係は、例えば図４に示すＭＡ
Ｐのように、弁開度θが目標発電電流ＩＦＣに比例して
増大するように設定されている。

【００３５】次に、ステップＳ０７においては、流量セ
ンサ４６により検出された反応ガスの流量検出値ＱＮの
信号を取得する。そして、ステップＳ０８においては、
圧力センサ４７により検出された反応ガスの圧力検出値
ＰＮの信号を取得する。そして、ステップＳ０９におい
ては、流量検出値ＱＮおよび圧力検出値ＰＮと、目標流
量ＱＭおよび目標圧力ＰＭとを比較して、流量検出値Ｑ
Ｎと目標流量ＱＭとのずれ、および、圧力検出値ＰＮと
目標圧力ＰＭとのずれを小さくするようにフィードバッ
ク制御を行い、一連の処理を終了する。

【００３６】一方、ステップＳ１０においては、大気圧
センサ４５にて検出した大気圧ＰＡが所定の第１気圧＃
Ｐ１（例えば、１００ｋＰａ）以下、かつ、所定の第２
気圧＃Ｐ２（例えば、９０ｋＰａ）よりも大きいか否か
を判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述
するステップＳ１２に進む。一方、この判定結果が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、ステップＳ１１に進む。

【００３７】ステップＳ１１においては、目標発電電流
ＩＦＣに基づいて第２のマップをマップ検索し、エアー
コンプレッサ２１の回転数Ｎを算出して、エアーコンプ
レッサ２１を制御する。そして、上述したステップＳ０
６に進む。なお、第２のマップにおいて、目標発電電流
ＩＦＣと回転数Ｎとの関係は、例えば図３に示すＭＡＰ
２のように、所定の目標発電電流ＩＦＣ１，２，３に対
して第１のマップに対するＭＡＰ１よりも大きな回転数
Ｎを与えるように設定されている。

【００３８】一方、ステップＳ１２においては、大気圧
センサ４５にて検出した大気圧ＰＡが所定の第２気圧＃
Ｐ１（例えば、９０ｋＰａ）以下、かつ、所定の第３気
圧＃Ｐ２（例えば、８０ｋＰａ）よりも大きいか否かを
判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述す
るステップＳ１４に進む。一方、この判定結果が「ＹＥ
Ｓ」の場合には、ステップＳ１３に進む。

【００３９】ステップＳ１３においては、目標発電電流
ＩＦＣに基づいて第３のマップをマップ検索し、エアー
コンプレッサ２１の回転数Ｎを算出して、エアーコンプ
レッサ２１を制御する。そして、上述したステップＳ０
６に進む。なお、第３のマップにおいて、目標発電電流
ＩＦＣと回転数Ｎとの関係は、例えば図３に示すＭＡＰ
３のように、所定の目標発電電流ＩＦＣ１，２，３に対
して第２のマップに対するＭＡＰ２よりも大きな回転数
Ｎを与えるように設定されている。

【００４０】また、ステップＳ１４においては、目標発
電電流ＩＦＣに基づいて第４のマップをマップ検索し、
エアーコンプレッサ２１の回転数Ｎを算出して、エアー
コンプレッサ２１を制御する。そして、上述したステッ
プＳ０６に進む。なお、第４のマップにおいて、目標発
電電流ＩＦＣと回転数Ｎとの関係は、例えば図３に示す
ＭＡＰ４のように、所定の目標発電電流ＩＦＣ１，２，
３に対して第３のマップに対するＭＡＰ３よりも大きな
回転数Ｎを与えるように設定されている。

【００４１】上述したように、本実施の形態による燃料
電池の制御装置１０ａによれば、大気圧センサ４５によ
り検出される大気圧ＰＡの変化に応じて、反応ガスの流
量に対して適切な制御指令値を設定することができ、燃
料電池１１が異常発電状態となることを防止することが
できる。しかも、流量検出値ＱＮおよび圧力検出値ＰＮ
と、目標流量ＱＭおよび目標圧力ＰＭとを比較してフィ
ードバック制御を行う際に、目標流量ＱＭに対応して実
際にエアーコンプレッサ２１に与えられる制御指令値
（つまり回転数Ｎ）が、大気圧ＰＡの変化に応じた適切
な値に設定されるため、制御指令値の精度を向上させて
フィードバック制御に要する演算負荷を低減することが
できる。

【００４２】なお、本実施の形態においては、上述した
ステップＳ０５，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４に示すよう
に、目標発電電流ＩＦＣに基づいて、大気圧ＰＡに応じ
た所定のマップをマップ検索して回転数Ｎを算出すると
したが、これに限定されず、例えば、図３に示すような
大気圧ＰＡに応じた目標発電電流ＩＦＣと回転数Ｎ、お
よび、図４に示すような大気圧ＰＡに応じた目標発電電
流ＩＦＣと弁開度θとの関係を示す所定の関係式等を予
め設定しておき、この関係式に基づいて回転数Ｎおよび
弁開度θを算出するようにしてもよい。

【００４３】なお、本実施の形態においては、大気圧セ
ンサ４５により検出した大気圧ＰＡに応じて、エアーコ
ンプレッサ２１の回転数Ｎをマップ検索するとしたが、
これに限定されず、例えば目標流量ＱＭに応じたエアー
コンプレッサ２１の回転数Ｎを設定しておき、この回転
数Ｎに対する補正量ＮＣを大気圧センサ４５によって検
出した大気圧ＰＡに応じてマップ検索するようにしても
よい。

【００４４】例えば、目標流量ＱＭに応じて、予め図５
に示すような所定の大気圧ＰＡにおける目標発電電流Ｉ
ＦＣと回転数Ｎとの基本的な関係を設定しておくと共
に、図６に示すような大気圧ＰＡに応じて変化する回転
数Ｎの補正量ＮＣの関係を設定する。そして、先ず、目
標流量ＱＭおよび目標発電電流ＩＦＣに基づいて、大気
圧ＰＡの変化を考慮していない回転数Ｎを算出する。次
に、大気圧ＰＡに基づいて回転数Ｎの補正量ＮＣを算出
して、この補正量ＮＣによって回転数Ｎを、例えば加算
補正する。なお、図６に示すマップでは、大気圧ＰＡが
所定の大気圧＃ＰＡ０よりも小さくなるのに伴い（例え
ば、燃料電池車両１が走行する地点の標高が高くなるこ
とに伴い）、補正量ＮＣが増大するように設定されてい
る。

【００４５】なお、本実施の形態においては、燃料供給
制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３６を空気式
の比例圧力制御弁としたが、これに限定されず、その他
の圧力制御弁であってもよく、例えばＥＣＵ４４から入
力される制御信号によって開閉動作が制御されるもので
あってもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明の燃料電池の制御装置によれば、例えば大気圧の
変化が検知されたときには、この大気圧の変化に応じた
流量指令値を算出することで、大気圧の変化に応じた適
切な制御を行うことができ、燃料電池が異常発電状態と
なることを防止することができる。さらに、請求項２に
記載の燃料電池の制御装置によれば、例えば大気圧の変
化が検知されたときには、この大気圧の変化に応じた流
量指令値に対する補正量を算出し、大気圧の変化を考慮
していない状態で算出した流量指令値に補正を行うこと
で、大気圧の変化に応じて反応ガスの流量を適切に制御
することができ、燃料電池が異常発電状態となることを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装
置を備える燃料電池車両の構成図である。

【図２】 燃料電池の制御装置の動作、特に大気圧ＰＡ
に応じて燃料電池に供給する反応ガスの流量および圧力
を変更する処理を示すフローチャートである。

【図３】 大気圧ＰＡに応じて異なる目標発電電流ＩＦ
Ｃとエアーコンプレッサの回転数Ｎとの関係を示すグラ
フ図である。

【図４】 大気圧ＰＡに応じて異なる目標発電電流ＩＦ
Ｃと背圧制御弁の弁開度θとの関係を示すグラフ図であ
る。

【図５】 所定の大気圧における目標発電電流ＩＦＣと
回転数Ｎとの関係を示すグラフ図である。

【図６】 大気圧ＰＡと回転数Ｎの補正量ＮＣとの関係
を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１０ 燃料電池車両の制御装置 １０ａ 燃料電池の制御装置 １１ 燃料電池 １３ 走行用モータ（負荷） ２１ エアーコンプレッサ（反応ガス供給手段） ４１ 電流制御器（電流制御手段） ４３ モータ（負荷） ４４ ＥＣＵ（電流指令値出力手段、反応ガス制御手
段、制御指令値出力手段） ４５ 大気圧センサ（大気圧検出手段）

フロントページの続き (72)発明者 縫谷 芳雄 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 BC11 DD03 KK01 KK56 MM04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池に反応ガスとして空気を供給す
   る反応ガス供給手段と、大気圧を検出する大気圧検出手
   段と、 前記燃料電池の発電電流指令値を出力する電流指令値出
   力手段と、 前記電流指令値出力手段から出力される前記発電電流指
   令値と前記大気圧検出手段によって検出された前記大気
   圧に応じて前記反応ガスの流量指令値を算出し、前記反
   応ガス供給手段を制御する反応ガス制御手段とを備える
   ことを特徴とする燃料電池の制御装置。
2. 【請求項２】 燃料電池に反応ガスとして空気を供給す
   る反応ガス供給手段と、大気圧を検出する大気圧検出手
   段と、 前記燃料電池の発電電流指令値を出力する電流指令値出
   力手段と、 前記電流指令値出力手段から出力される前記発電電流指
   令値に応じて、前記反応ガスの流量指令値を出力する制
   御指令値出力手段と、 前記大気圧検出手段にて検出された前記大気圧に応じて
   前記反応ガスの流量指令値を補正し、補正された前記流
   量指令値に従って前記反応ガス供給手段を制御する反応
   ガス制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池の制
   御装置。