JP2004165087A

JP2004165087A - 燃料電池スタックの制御装置

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Publication number: JP2004165087A
Application number: JP2002332006A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Igarashi; 大士五十嵐; Kenichiro Ueda; 健一郎上田; Giichi Murakami; 義一村上; Junji Uehara; 順司上原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP4139191B2

Abstract

【課題】大気圧の低い高地あるいは気温の高い環境下においても燃料電池を安定に発電させる。
【解決手段】燃料電池スタック１２で発電され、負荷である走行用モータ１６へ電流供給器２２から供給される発電電流Ｉを、燃料電池スタック１２のカソード電極に供給される空気の大気圧Ｐａおよび気温Ｔａに応じて制御部３０で制御する。これにより、コンプレッサ２４の出口側温度を出口側許容温度以下に制御することができ、安定した発電を実現できる。すなわち、空気の密度の低い高地で大気圧Ｐａが低くなった場合、あるいは気温Ｔａの高い環境下では、発電電流Ｉを制限して、安定した発電が行えるようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のセルが積層された燃料電池スタックの制御装置に関し、特に、燃料電池スタックから出力される発電電流を制限するようにした燃料電池スタックの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置した電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータによって挟んで保持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータからなるセルを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池スタックにおいて、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、セパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面に沿って設けられ、燃料電池装置とされている。
【０００５】
このような燃料電池装置では、カソード電極に圧縮昇温された空気を供給するコンプレッサと、この圧縮昇温空気の圧力を信号圧として、この信号圧に応じた流量の燃料ガス水素をアノード電極に供給する圧力制御弁とを備え、カソード電極側の空気圧力に対してアノード側の燃料ガス圧力を所定圧に設定して発電効率を確保するとともに、空気および燃料ガスの流量を制御することで所望の発電電流が得られるように設定されている。
【０００６】
すなわち、このような構成の燃料電池装置では、負荷の変化に応じてアノード電極に供給される燃料ガスの量を変化させ、同時にカソード電極に供給される空気の量もコンプレッサの回転数を制御することで変化させる。
【０００７】
ところで、燃料電池装置が高地で使用されるときに、平地での使用と同じようにコンプレッサの回転数を制御したのでは、空気の密度が高地では平地より低いことを原因として、燃料電池スタックに供給される酸素量が不足する事態が発生して未反応水素量が増加し、結果として発電電流が不足する等、燃料電池装置の安定性および発電効率が低下することが指摘されている（特許文献１参照）。
【０００８】
この問題を解決するため、特許文献１に係る技術では、大気圧（Ｐａ［ｋＰａ］）と大気の温度、すなわち気温（Ｔａ［Ｋ］）を測定し、Ｎｓを、１気圧（１０１．３２５［ｋＰａ］）、０［℃］（２７３．１５［Ｋ］）の標準条件におけるコンプレッサの回転数とするとき、実際のコンプレッサの回転数Ｎを、下記（１）式で求める。
Ｎ＝Ｎｓ×（１０１．３２５／Ｐａ）×（Ｔａ÷２７３．１５） …（１）
【０００９】
そして、この回転数Ｎでコンプレッサを動作させることで、大気圧Ｐａが低くなった場合あるいは気温Ｔａが高くなった場合にはコンプレッサの回転数を比例的に高くするようにしている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−４８８３８号公報（段落［０００９］，［００２３］、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特許文献１に係る技術では、大気圧Ｐａが低くなってくるとあるいは気温Ｔａが高くなってくると、上記（１）式で求めたコンプレッサの回転数Ｎが許容回転数を超える事態が発生する。このため、コンプレッサの出口側で圧縮昇温された空気の温度が出口側許容温度を超えるおそれがある。
【００１２】
このように、コンプレッサの回転数Ｎが許容回転数を超えた場合、あるいはコンプレッサの出口側の圧縮昇温空気の温度が出口側許容温度を超えた場合には、燃料電池装置自体が故障に至る可能性が大きい。
【００１３】
図８は、この出願の発明者が作成した、コンプレッサの出口側圧力Ｐｃが一定値（換言すれば、発電電流が一定値）の条件下での大気圧Ｐａ［ｋＰａ］と気温Ｔａ［℃］とコンプレッサの出口側温度Ｔｃ［℃］との関係の一例を示した図であり、大気圧Ｐａが低くなるほど、気温Ｔａが高くなるほど出口側温度Ｔｃが上昇することが理解される。すなわち、出口側圧力Ｐｃが一定値であるとき、大気圧Ｐａが低く気温Ｔａが高い領域では、コンプレッサの出口側温度Ｔｃが出口側許容温度Ｔｃｍａｘを超えることが分かる。
【００１４】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、大気圧の変化および気温の変化に拘わらず燃料電池装置を安定に動作させることを可能とする燃料電池スタックの制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、この発明は、大気圧の変化および気温の変化に拘わらず燃料電池装置を構成するコンプレッサの回転数を許容回転数以下にすること、およびコンプレッサの出口側温度を出口側許容温度以下にすることを可能とする燃料電池スタックの制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１７】
この発明の燃料電池スタックの制御装置は、アノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に空気が供給される燃料電池スタック（１２）の制御装置（２０）において、以下の特徴を有する。
【００１８】
（１）前記カソード電極に、大気から取り込んだ空気を供給するコンプレッサ（２４）と、前記大気の圧力を検出する圧力センサ（４４）と、前記大気の温度を検出する温度センサ（４６）と、前記燃料電池スタックから負荷（１６）へ供給される発電電流（Ｉ）を、前記圧力センサにより検出された大気圧（Ｐａ）および前記温度センサにより検出された気温（Ｔａ）に応じて制御する発電電流制御器（２２，３０）とを備える。
【００１９】
この発明によれば、燃料電池スタックから取り出されて負荷へ供給される発電電流（Ｉ）を、発電電流制御器により、圧力センサで検出された大気圧および温度センサで検出された気温に応じて制御するようにしているので、大気圧の変化および気温の変化があっても燃料電池装置を安定に動作させることが可能である。
【００２０】
換言すれば、大気圧および気温の変化に拘わらず前記コンプレッサの回転数を許容回転数以下に制御することが可能であり、かつ前記コンプレッサの出口側温度を出口側許容温度以下に制御することが可能である。
【００２１】
特に、低気圧・高気温環境下であっても、燃料電池装置を安定に動作させることができる。
【００２２】
（２）上記の特徴（１）において、前記負荷に、車両推進用のモータ（１６）が含まれる場合、この燃料電池スタック（１２）およびその制御装置（２０）が搭載される車両（１０）は、たとえば大気圧が低い高地あるいは気温が高い環境下においても、コンプレッサの出口側温度が許容温度以下での一定の走行性能を確保することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両１０の構成を示している。
【００２５】
この燃料電池車両１０は、基本的には、燃料電池スタック１２と蓄電装置であるキャパシタ１４とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、これらの電源装置から電流供給器２２を介して電力が供給される車両推進用の走行用モータ１６とから構成されている。
【００２６】
燃料電池車両１０の加速時および定速走行時には、走行用モータ１６の推進力が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。そして、燃料電池車両１０の減速時には、駆動輪Ｗから走行用モータ１６に駆動力が伝達されると、走行用モータ１６は発電機として機能し電気エネルギが電流供給器２２を介してキャパシタ１４側に回生される。
【００２７】
この燃料電池車両１０には、また、燃料電池スタック１２の制御装置と燃料電池車両１０の制御装置とを兼用する燃料電池スタック制御装置２０が搭載されている。
【００２８】
ここで、燃料電池スタック制御装置２０は、上記の燃料電池スタック１２，キャパシタ１４，電流供給器２２および走行用モータ１６の他、コンプレッサ２４，循環ポンプ２６，水素タンク２８およびこれら全体を制御する制御部３０を備えている。
【００２９】
燃料電池スタック１２は、たとえば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層して構成されている。
【００３０】
この燃料電池スタック１２のアノード電極には、燃料ガスの供給ポート３２と排出ポート３４とが設けられており、カソード電極には、空気の供給ポート３６と排出ポート３８とが設けられている。
【００３１】
燃料ガスの供給ポート３２は、圧力制御弁である燃料供給制御弁４０を介して水素タンク２８に連通するとともに、排出ポート３４から排出された水素を供給ポート３２にもどす循環ポンプ２６の吐出側に連通する。
【００３２】
ここで、燃料供給制御弁４０の弁開度制御ポートは、コンプレッサ２４と空気供給ポート３６との間の通路に連通している。すなわち、燃料供給制御弁４０は、空気供給ポート３６の供給圧、換言すればコンプレッサ２４の出口側圧力を信号圧として弁開度が制御される。
【００３３】
水素および水等の排出ポート３４は、循環ポンプ２６の流入側に連通するとともに、排出弁（水素パージ弁）３９を介して排気システムに連通する。
【００３４】
その一方、空気および水の排出ポート３８は、排圧制御弁４１を介して大気（外気）に連通する。
【００３５】
上述した空気供給ポート３６は、図示していない冷却器およびコンプレッサ２４を介して大気（外気）と連通する。そのコンプレッサ２４と外気取入口４２との間には、大気の圧力（大気圧）Ｐａを検出する圧力センサ４４と、大気の温度（気温）Ｔａを検出する温度センサ４６が配置され、これら圧力センサ４４と温度センサ４６により検出された大気圧Ｐａおよび気温Ｔａが制御部３０に取り込まれる。
【００３６】
発電電流制御器としても機能する制御部３０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）６０，ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリ６２，計数・計時手段であるカウンタ・タイマ（タイマという。）６４，Ａ／Ｄ変換器・Ｄ／Ａ変換器・ドライバ等のインタフェース（Ｉ／Ｆ）６６が搭載された制御基板で構成されている。
【００３７】
制御部３０（のＣＰＵ６０）は、各種入力（トランスミッションＴ／Ｍの位置，アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃ，圧力センサ４４からの大気圧Ｐａ、温度センサ４６からの気温Ｔａ，電流供給器２２の中に配置されている発電電流Ｉを検出する電流センサ等の検出入力）に対応して、メモリ６２に格納されているプログラムを実行することで、コンプレッサ２４の回転数、排圧制御弁４１の開度、循環ポンプ２６の回転数および発電電流Ｉの制御に伴う電流供給器２２の制御等、燃料電池車両１０全体を統括して制御する。
【００３８】
たとえば燃料電池車両１０の走行時には、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃに基づいて制御部３０は、反応ガスである水素と空気（酸素含有ガス）を燃料電池スタック１２に供給する。そして、燃料電池スタック１２で電気化学反応により発電された電流（発電電流）Ｉは、電流供給器２２により交流に変換されて走行用モータ１６に供給される。
【００３９】
この実施形態に係る燃料電池スタック制御装置２０を備える燃料電池車両１０は、基本的には以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、燃料電池スタック１２から取り出される発電電流Ｉの制御動作について説明する。
【００４０】
以下の説明では、まず、理解の容易化のために、この発明の前提となる（ｉ）発電電流Ｉに制限のない制御動作について概略的に説明し、次に、この発明に係る（ｉｉ）発電電流Ｉに制限のある制御動作について詳しく説明する。
【００４１】
図２は、（ｉ）発電電流Ｉに制限のない制御動作のフローチャートである。ステップＳ１において、まず、燃料電池車両１０の操作者によるアクセルペダルを踏む操作に対応して、このアクセルペダルに連結されたアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃを取り込む。
【００４２】
次に、ステップＳ２において、取り込んだアクセル開度Ａｃに基づき、燃料電池スタック１２から取り出そうとする発電電流Ｉの目標発電電流値Ｉｔａを算出する。
【００４３】
図３は、アクセル開度Ａｃと目標発電電流値Ｉｔａとの対応関係を示している。この対応関係からアクセル開度Ａｃに対応する目標発電電流値Ｉｔａが算出される。
【００４４】
次に、ステップＳ３において、この目標発電電流値Ｉｔａに応じて発電電流Ｉが目標発電電流値Ｉｔａとなるように制御される。
【００４５】
以上の説明が、この発明の前提となる（ｉ）発電電流Ｉに制限のない、換言すれば算出された目標発電電流値Ｉｔａがそのまま燃料電池スタック１２から取り出し可能な発電電流Ｉになると考えた場合の制御動作についての概略的な説明であり、次に、この発明に係る（ｉｉ）発電電流Ｉに制限のある制御動作について詳しく説明する。
【００４６】
図４は、（ｉｉ）発電電流Ｉの制限処理が適用された制御フローチャートである。
【００４７】
まず、ステップＳ１１において、燃料電池車両１０の操作者によるアクセルペダルを踏む操作に対応して、このアクセルペダルに連結されたアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃを取り込む。
【００４８】
次に、ステップＳ１２において、取り込んだアクセル開度Ａｃに基づき、燃料電池スタック１２から取り出そうとする発電電流Ｉの仮目標発電電流値Ｉｃｍを算出する。通常、仮目標発電電流値Ｉｃｍは、アクセル開度Ａｃの増加関数ｆ（ｘ）（ｘが増加すると関数ｆ（ｘ）の値が増加する関数）として予めメモリ６２に格納されており、変数ｘにアクセル開度Ａｃを代入することにより、仮目標発電電流値Ｉｃｍは、Ｉｃｍ＝ｆ（Ａｃ）として一意に決定される。なお、増加関数ｆ（ｘ）に代替してマップを参照するように変更することもできる。
【００４９】
この実施形態では、理解の容易化のため、図６中、点線の傾斜直線で示すように、仮目標発電電流値Ｉｃｍがアクセル開度Ａｃの一次関数で表されるものとしている。この仮目標発電電流値Ｉｃｍは、図３を参照して説明した目標発電電流値Ｉｔａに対応する。
【００５０】
次いで、ステップＳ１３において、外気取入口４２からコンプレッサ２４に供給される外気の圧力である大気圧Ｐａと、外気の温度、すなわち気温Ｔａを、それぞれ圧力センサ４４および温度センサ４６により検出して取り込む。
【００５１】
次に、ステップＳ１４において、検出値である大気圧Ｐａと気温Ｔａに応じた最大発電電流値Ｉｍａｘを算出する。この最大発電電流値Ｉｍａｘは、燃料電池スタック制御装置２０が故障しない範囲で連続動作する予め決められた値である。この最大発電電流値Ｉｍａｘは、コンプレッサ２４の出力側温度（出口側温度）が許容温度を超えないようにするためにコンプレッサ２４の最大回転数を制限するように設計されている。
【００５２】
この場合、コンプレッサ２４の出口側許容温度Ｔｃｍａｘと、検出された気温Ｔａと、検出された大気圧Ｐａと、所定の係数Ｋから、コンプレッサ２４の出口側圧力Ｐｃｏｕｔが、下記の（２）式
Ｐｃｏｕｔ≦｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔａ）／Ｋ｝×Ｐａ …（２）
を満足するように最大発電電流値Ｉｍａｘを制限することで、コンプレッサ２４の回転数が許容回転数以下に制限され、かつコンプレッサ２４の出口側温度が許容温度Ｔｃｍａｘ以下に制限される。上記（２）式は、下記の（３）式に変形可能である。
Ｔｃｍａｘ≧（Ｐｃｏｕｔ／Ｐａ）×Ｋ＋Ｔａ …（３）
【００５３】
また、コンプレッサ２４の出口側圧力Ｐｃｏｕｔ、換言すれば、燃料電池スタック１２のカソード電極側の圧力が、結果として発電電流Ｉに比例することを考慮すれば、αを定数としてＰｃｏｕｔ＝α×Ｉと表すことができるので、上記（３）式は、下記の（４）式に変形可能である。
Ｔｃｍａｘ≧（α・Ｉ／Ｐａ）×Ｋ＋Ｔａ …（４）
【００５４】
この（４）式によれば、コンプレッサ２４の出口側許容温度Ｔｃｍａｘを超えないようにするためには、気温Ｔａが一定の条件下で大気圧Ｐａが低下した場合に、発電電流Ｉを低下させる必要があり、大気圧Ｐａが一定の条件下で気温Ｔａが上昇した場合にも、発電電流Ｉを低下させる必要があることが分かる。
【００５５】
なお、コンプレッサ２４の出口側圧力や出口側温度を直接検出して最大発電電流値Ｉｍａｘを制御することも考えられるが、コンプレッサ２４の出口側圧力あるいは出口側温度は、時間変化（圧力の時間微分値の変化や温度の時間微分値の変化）が大きいので制御が複雑化するため、この実施形態では採用していない。もちろん、採用することも可能である。
【００５６】
この実施形態では、コンプレッサ２４の出口側圧力を置換制御するために、図５に示す、気温Ｔａをパラメータとして表した大気圧Ｐａと最大発電電流値Ｉｍａｘとのマップ（ルックアップテーブル）８０を予め作成し準備してある。
【００５７】
ステップＳ１３において、圧力センサ４４と温度センサ４６により大気圧Ｐａと気温Ｔａがそれぞれ検出されたとき、ステップＳ１４では、このマップ８０を参照しステップＳ１３で測定した大気圧Ｐａと気温Ｔａとから最大発電電流値Ｉｍａｘを算出する。そして、発電電流Ｉをこの最大発電電流値Ｉｍａｘ以内に制限することで、コンプレッサ２４の回転数が許容回転数以下に制限される。換言すればコンプレッサ２４の出口側圧力が（２）式の右辺で示す値以下に制限され、コンプレッサ２４の出口側温度が（３）式に示す許容温度Ｔｃｍａｘ以下に制限される。なお、図５に示すマップ８０は、燃料電池スタック１２の特性に応じて実験等を通じて予め作成されメモリ６２に記憶されている。このマップ８０中、気温Ｔａは、補間して用いる。
【００５８】
なお、マップ８０に限らず、最大発電電流値Ｉｍａｘは、多項式の関数ｇ（ｘ，ｙ）（ｘとｙは大気圧Ｐａと気温Ｔａ）としてメモリ６２に格納しておくことも可能である（Ｉｍａｘ＝ｇ（ｘ，ｙ））。
【００５９】
次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１２で算出した仮目標発電電流値ＩｃｍとステップＳ１４で算出した最大発電電流値Ｉｍａｘとを比較し、算出した仮目標発電電流値Ｉｃｍが最大発電電流値Ｉｍａｘ以下であるかどうかを判定する。
【００６０】
算出した仮目標発電電流値Ｉｃｍが最大発電電流値Ｉｍａｘ以下である場合には、発電電流Ｉに余裕があるので、ステップＳ１６において、目標発電電流値Ｉｔを仮目標発電電流値Ｉｃｍに設定する（Ｉｔ←Ｉｃｍ）。
【００６１】
その一方、算出した仮目標発電電流値Ｉｃｍが最大発電電流値Ｉｍａｘ以上となっている場合には、コンプレッサ２４の出口側温度を許容温度Ｔｃｍａｘ以下とするために、ステップＳ１７において、目標発電電流値Ｉｔを最大発電電流値Ｉｍａｘに設定（制限）する（Ｉｔ←Ｉｍａｘ）。
【００６２】
すなわち、図６に示すように、アクセル開度Ａｃに対して算出された仮目標発電電流値Ｉｃｍが、大気圧Ｐａと気温Ｔａに応じてマップ８０から算出された最大発電電流値Ｉｍａｘに対して余裕がある場合には、仮目標発電電流値Ｉｃｍがそのまま目標発電電流値Ｉｔに設定される。その一方、仮目標発電電流値Ｉｃｍが最大発電電流値Ｉｍａｘを超える値であった場合には目標発電電流値Ｉｔ（の最大値）が最大発電電流値Ｉｍａｘに制限されるように制御する。
【００６３】
次に、ステップＳ１８において、決定された目標発電電流値Ｉｔに応じて、排圧制御弁４１の開度およびコンプレッサ２４の回転数を所定値に設定して、燃料電池スタック１２から電流供給器２２に供給される発電電流Ｉを目標発電電流値Ｉｔに制御する。
【００６４】
詳しく説明すると、制御部３０により、目標発電電流値Ｉｔに対応する反応ガス（水素と空気）の流量と圧力を算出し、算出流量に応じてコンプレッサ２４の回転数を所定回転数に制御すると同時に、算出圧力に応じて排圧制御弁４１の弁開度を制御する。このとき、コンプレッサ２４の出口側圧力に応じて燃料供給制御弁４０の弁開度が制御される。このようにして、反応ガスである水素と空気がそれぞれ供給ポート３２，３６に供給される。これら水素と空気の量に対応した電気化学反応が燃料電池スタック１２で起き、所定の発電電流Ｉが取り出される。
【００６５】
そして、この発電電流Ｉが目標発電電流値Ｉｔａとなるように、排圧制御弁４１の弁開度，コンプレッサ２４の回転数および循環ポンプ２６の回転数がフィードバック制御される。
【００６６】
このようにして、目標発電電流値Ｉｔに制御された発電電流Ｉを走行用モータ１６に供給することで、燃料電池車両１０は、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃに応じて、大気圧Ｐａと気温Ｔａを考慮した所定の走行を行うことができる。
【００６７】
以上のように、上述した実施形態によれば、燃料電池スタック１２から取り出されて、負荷である走行用モータ１６へ供給される発電電流Ｉを、燃料電池スタック１２のカソード電極に供給される空気の大気圧Ｐａおよび気温Ｔａに応じて制御部３０により制御しているので、コンプレッサ２４の出口側温度を許容温度Ｔｃｍａｘ以下に制限することができ、大気圧Ｐａおよび気温Ｔａが変化しても燃料電池スタック１２の安定した発電を実現できる。
【００６８】
すなわち、先に図８に示した実線の直線の特性が、結果として、この実施形態では、図７に示す実線の折れ線の特性に示すように制御され、気温Ｔａの高い領域では、コンプレッサ２４の出口側圧力Ｐｃが一定値（換言すれば、発電電流Ｉが一定値）の条件下で、大気圧Ｐａが所定圧力より低くなると、コンプレッサ２４の出口側温度Ｔｃが出口側許容温度Ｔｃｍａｘに制限される。
【００６９】
また、この実施形態に係る燃料電池車両１０は、特に、大気圧Ｐａが低く空気の密度が低い高地、あるいは気温Ｔａの高い環境下では、コンプレッサ２４の出口側温度が許容温度Ｔｃｍａｘ以下に制限されるように、発電電流Ｉ（目標発電電流Ｉｔ）を制限しているので、そのような高地および気温の高い環境下でも、燃料電池スタック１２の安定した発電が実現でき、一定の走行性能を確保することができる。
【００７０】
また、上述の実施形態では、発電電流制御器として機能する制御部３０が、コンプレッサの出口側許容温度をＴｃｍａｘ、検出された大気の気温をＴａ、検出された大気圧をＰａ、係数をＫとして、前記コンプレッサの出口側圧力をＰｃｏｕｔとするとき、この出口側圧力Ｐｃｏｕｔが、上記の（２）式
Ｐｃｏｕｔ≦Ｐａ×｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔａ）／Ｋ｝ …（２）
を満足するように発電電流Ｉを制限しているので、コンプレッサ２４の回転数が許容回転数以下に制御され、かつコンプレッサ２４の出口側温度が出口側許容温度Ｔｃｍａｘ以下に制御される。上記（２）式では、たとえば右辺の乗数である温度に関する項｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔａ）／Ｋ｝が変化しないと考えれば、大気圧Ｐａの低下に伴い、出口側圧力Ｐｃｏｕｔを制限する必要があることから、コンプレッサ２４の回転数を下げる必要があることが分かり、その一方、右辺の被乗数である大気圧Ｐａが一定であるとすれば、気温Ｔａの上昇に伴い、出口側圧力Ｐｃｏｕｔを制限する必要があるので、同様にコンプレッサ２４の回転数を下げる必要があることが分かる。
【００７１】
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、たとえば、発電電流Ｉが供給される負荷には、走行用モータ１６の他、キャパシタ１４あるいは図示していな車両用空気調節装置等の補機が含まれる等、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、燃料電池スタックのカソード電極に大気からコンプレッサを介して供給される空気の大気圧と気温に基づいて発電電流を発電電流制御器により制限するようにしているので、たとえば標高の高い地域での低気圧条件下、あるいは気温の高い環境下（高温条件下）においても、安定した発電を行うことができる。
【００７３】
また、大気圧と気温に基づいて、燃料電池スタックに空気を供給するコンプレッサの回転数を許容回転数以下に制限するようにしているので、圧縮昇温空気が供給されるコンプレッサの出口側温度を、出口側許容温度以下に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】電流制限のない状態における、アクセル開度に対する発電電流制御のフローチャートである。
【図３】電流制限のない状態における、アクセル開度に対する目標発電電流値の説明図である。
【図４】大気圧と気温を考慮した発電電流制御のフローチャートである。
【図５】大気圧と気温と最大発電電流値とのマップを示す説明図である。
【図６】電流制限のある場合の、アクセル開度に対する目標発電電流値の説明図である。
【図７】電流制限のある場合の出口側温度の制御説明図である。
【図８】電流制限のない場合の出口側温度の制御説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池車両１２…燃料電池スタック
１４…キャパシタ１６…走行用モータ
２０…燃料電池スタック制御装置２２…電流供給器
２４…コンプレッサ２６…循環ポンプ
２８…水素タンク３０…制御部（発電電流制御器）
３２…燃料ガスの供給ポート３４…燃料ガスの排出ポート
３６…空気の供給ポート３８…空気の排出ポート
３９…排出弁（水素パージ弁）４０…燃料供給制御弁
４１…排圧制御弁４２…外気取入口
４４…圧力センサ４６…温度センサ
５０…アクセル開度センサ６０…ＣＰＵ
６２…メモリ

Claims

アノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に空気が供給される燃料電池スタックの制御装置において、
前記カソード電極に、大気から取り込んだ空気を供給するコンプレッサと、
前記大気の圧力を検出する圧力センサと、
前記大気の温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池スタックから負荷へ供給される発電電流を、前記圧力センサにより検出された大気圧および前記温度センサにより検出された気温に応じて制御する発電電流制御器とを備える
ことを特徴とする燃料電池スタックの制御装置。
請求項１記載の燃料電池スタックの制御装置において、
前記負荷に、車両推進用のモータが含まれる
ことを特徴とする燃料電池スタックの制御装置。