JP2004207059A

JP2004207059A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004207059A
Application number: JP2002375318A
Authority: JP
Inventors: Masaru Okamoto; 勝岡本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP4155027B2

Abstract

【課題】外部負荷が増大する場合において、原料不足によって電圧低下を引き起こし電圧下限値以下となることを防止し、且つ負荷電流を応答良く取り出すことを可能とする。
【解決手段】所定の負荷電流を取り出す際に、原料供給応答特性設定手段１９で設定された目標応答特性に基づき、前記所定の負荷電流を取り出す軌道（目標負荷軌道）が目標負荷取出し軌道設定手段２０で設定される。また、負荷電流変化予測算出手段２１で算出した将来の負荷電流変化と燃料電池本体２の現在の状態とに基づいて、電圧変化予測算出手段２２で将来の電圧変化が予測される。そして、この予測した電圧変化の大きさに基づいて前記目標負荷軌道が修正され、この修正された新たな軌道で前記所定の負荷電流が燃料電池本体２から取り出される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池本体に水素及び空気を供給して発電させる燃料電池システムに関し、特に、燃料電池本体で未使用の水素を燃料電池本体の入口側へと循環させる水素循環形式の燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、燃料電池本体の水素極に水素ガス、空気極に空気をそれぞれ供給して、燃料電池本体において水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池本体としては、特に自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池本体が知られている。この固体高分子タイプの燃料電池本体は、水素極と空気極との間に膜状の固体高分子が設けられたものであり、この固体高分子膜が水素イオン伝導体として機能するようになっている。この固体高分子タイプの燃料電池本体では、水素極で水素ガスが水素イオンと電子とに分離される反応が起き、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは固体高分子膜を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
ところで、固体高分子膜をイオン伝導体として機能させるためには、この固体高分子膜にある程度の水分を含ませておく必要がある。このため、このような固体高分子タイプの燃料電池本体を用いた燃料電池システムでは、水素ガスを加湿装置により加湿した状態で燃料電池本体に供給することで、燃料電池本体の固体高分子膜を加湿することが一般に行われている。
【０００５】
また、固体高分子膜を加湿する上で有効な方法として、燃料電池本体で未使用の水素ガスを、再度燃料電池本体へと循環させて再利用する水素循環形式の燃料電池システムが知られている。この水素循環形式の燃料電池システムでは、燃料電池本体外部に接続した負荷（以下、外部負荷という。）で消費する電力に要する水素量より幾分多めの水素ガスを燃料電池本体の水素極へと供給し、未使用の水素ガスを水素極出口から排出させて、この排水素（以下、循環水素という。）を再度、燃料電池本体の水素極入口へ戻して再利用するようにしている。水素極出口から排出される循環水素は水蒸気を多く含んでいるため、この水蒸気を多く含んだ循環水素が水素タンクからの乾燥している水素に混合されて燃料電池本体の水素極へ供給されることによって、燃料電池本体の固体高分子膜が加湿されることになる。
【０００６】
前記の水素循環形式の燃料電池システムでは、外部負荷で消費する電力に要する水素量より幾分多めの水素ガスを燃料電池本体の水素極へと供給するが、これにさらに循環水素が混合されるため、水素極への供給水素流量が発電に必要な水素量よりも多くなる。このとき、発電に必要な水素量だけを水素極に供給した場合には水素極出口付近のセルに効率的に水素が到達しなくなって発電効率が落ちるため、前述のように発電に必要な水素量よりも多い水素ガスを水素極に供給することによって、燃料電池システムの全てのセルでの発電が高効率で行われるようになる。燃料電池システムでは、同様のことが空気極についても言えるため、発電に必要な酸素（空気）量のみを供給するのではなく、少し余分に酸素を空気極に供給するようにしている。このような発電に要する水素（空気）量に対する実際に供給する水素（空気）量の比を原料ストイキ比と通常呼んでいるが、この原料ストイキ比は、前記理由により１以上の最適値に設定されている。
【０００７】
しかしながら、前記原料ストイキ比を最適値に設定した場合であっても、外部負荷が急激に増加した場合には、さらに多くの水素及び空気が必要となってくる。このような原料増加変化は、燃料電池電極に到達するまでに時間遅れがあるため、燃料電池電極において過渡的に原料不足が生じ、発電電圧の低下を引き起こす。このように過渡的な原料不足が生じた場合であっても、通常外部負荷は一定電力を取り出そうとするため、前記のように発電電圧が低下すると、一定負荷とするために負荷電流を多く取り出すようになる。負荷電流が多くなると、燃料電池本体の内部抵抗等の作用によって電圧降下が生じ、さらなる電圧低下を招いてしまう。このような悪循環によって、電圧下限値を下回ることとなり、燃料電池本体にダメージを与える可能性がある。このため、燃料電池にて外部負荷を駆動する場合、特に外部負荷が急激に増加する過渡時には、負荷電流と同時に燃料電池電圧を考慮する必要がある。
【０００８】
前記過渡時における燃料電池の運転方法としては、燃料電池本体から取り出す負荷電流が所望の軌道になるように、負荷電流取り出し量を制限する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−５７７５３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１のように負荷電流のみを制限する場合でも、運転負荷急増変化時に、原料増加変化の時間遅れによって過渡的に原料不足を生じさせ、発電電圧の低下を引き起こす場合がある。そして、前述のように外部負荷は、一定負荷を取り出し続けるので、負荷電流が増大し、それがさらに電圧低下を引き起こす。このような電圧低下が顕著な場合には、電圧下限値を下回ることとなり、燃料電池本体にダメージが及ぶおそれがある。
【００１１】
ところで、前記燃料電池における原料不足を防止するためには、負荷取り出しをゆっくり行えば良いが、応答性能が悪くなる。逆に、応答性能を上げるために負荷取り出しを急速に行うと、前述のような原料不足を招いてしまう。電池の特性は経年変化し、また電池の運転状態に応じて変化するため、その時々の運転状態に応じた負荷取り出し応答と、前記電圧低下によるダメージの防止との両立を図る必要がある。
【００１２】
そこで、本発明は、外部負荷が増大する場合において、原料不足によって電圧低下を引き起こし電圧下限値以下となることを防止し、且つ負荷電流を応答良く取り出すことを可能とした燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体に原料ガスである水素を供給する水素供給装置と、前記燃料電池本体に原料ガスである空気を供給する空気供給装置と、所定の負荷電流に基づき必要な原料ガスの前記燃料電池本体への供給流量を算出する必要供給原料流量算出手段と、実際の供給流量が、前記必要な供給流量まで増加する際の各原料ガスの応答特性に基づいた目標応答特性を設定する原料供給応答特性設定手段と、前記目標応答特性に基づき、前記燃料電池本体から前記所定の負荷電流を取り出す軌道を設定する目標負荷取出し軌道設定手段と、前記所定の負荷電流を取り出す軌道に基づき、将来の負荷電流の変化を算出する負荷電流変化予測算出手段と、前記将来の負荷電流の変化と前記燃料電池本体の状態とに基づき、前記燃料電池本体の将来の電圧変化を予測する電圧変化予測算出手段と、前記電圧変化の大きさに基づき、目標負荷取出し軌道設定手段にて設定した軌道を修正する目標負荷取出し軌道修正手段とを備える。そして、前記目標負荷取出し軌道修正手段にて修正された新たな軌道で前記所定の負荷電流が前記燃料電池本体から取り出されることを特徴とする。
【００１４】
上述した本発明に係る燃料電池システムでは、原料ガスの目標応答特性から目標負荷軌道を設定、修正するようにしたため、原料が必要な供給流量まで増加される際の該原料ガスの応答に合わせて負荷電流の取り出しが行われる。また、本発明では、燃料電池本体の状態に基づいて予測された将来の電圧変化に基づいて予め設定された負荷電流の取出し軌道が修正するようにして、その負荷取出しの軌道がその時の燃料電池本体の運転状態に適合しているかどうかを判断することが可能となっている。そして、適合していない場合、具体的には、燃料電池本体の電圧予測値が電圧下限値を下回るような場合には、予め設定された所定の負荷電流の取出し軌道が修正される。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、原料ガスの応答に合わせて負荷電流の取り出しが行われるため、負荷が過渡的に増加変化する際に、燃料電池本体における原料不足を防止することができ、この原料不足に起因するに燃料電池本体の電圧低下をも防止することができる。
【００１６】
また、燃料電池システムによれば、負荷が過渡的に増加変化する際に、その時の燃料電池本体の運転状態に応じて応答良く負荷を取り出すことができるようになるとともに、燃料電池本体の電圧が下限値以下となって電池自体にダメージを及ぼすことを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。この第１の実施形態の燃料電池システム１は、電解質として固体高分子膜を有する固体高分子タイプの燃料電池本体２を備えている。燃料電池本体２は、原料ガスとして空気極に供給される空気中の酸素と水素極に供給される水素とを電気化学的に反応させて発電するものである。
【００１９】
燃料電池本体２は、空気極入口に、空気供給用配管３を介してコンプレッサやブロワ等の空気供給装置４が接続されている。そして、空気供給装置４により流量及び圧力が調整された空気が、空気供給用配管３を通って燃料電池本体２の空気極入口に供給されるようになっている。
【００２０】
燃料電池システム１では、空気極入口から供給された空気が全て消費されるわけではなく、消費されずに残った酸素及び空気中の他の成分が排空気として排空気用配管５から排出される。この排空気用配管５は大気開放されており、前記排空気は大気中に放出される。
【００２１】
また、燃料電池本体２は、水素極入口に、水素供給用配管６を介して、例えば水素タンク等からなる水素供給装置７が接続されている。水素供給用配管６の中途部には、水素供給バルブ８が配されており、目標流量の水素ガス（以下、原料水素という。）を水素供給装置７から燃料電池本体２の水素極入口側に供給できるようになっている。
【００２２】
前記燃料電池システム１は、水素循環型として構成されており、燃料電池本体２での発電に使用されずに燃料電池本体２から排出された排水素（循環水素）の経路となる循環水素用配管９が設けられている。そして、この循環水素用配管９の中途部に水素循環ポンプ１０が配設されており、燃料電池本体２から排出された水蒸気を多く含む循環水素が、前記水素循環ポンプ１０の駆動によって、循環水素用配管９を通って燃料電池本体２の水素極入口側へと循環され、水素供給装置７から供給される原料水素と合流するようになっている。したがって、燃料電池システム１では、水素供給装置７から供給される原料水素と水蒸気を多く含む循環水素との混合水素が、燃料電池本体２の水素極に供給されることになる。このように、燃料電池システム１では、水蒸気を多く含む循環水素を原料水素と混合して燃料電池本体２の水素極に供給することによって、燃料電池本体２の固体高分子膜を加湿するようにしている。なお、加湿効果を更に良好なものとするために、水素供給装置７の後段に加湿器を別途設置するようにしてもよい。このような加湿器を設置することで、燃料電池本体２の水素極には、加湿器を通過することで加湿された原料水素と循環水素との混合水素が供給されるようになり、燃料電池本体２の固体高分子膜を十分に加湿することができるようになる。
【００２３】
また、前記燃料電池システム１には、前記循環水素用配管９内の余剰水素ガスや水蒸気を大気中へ放出するためのパージバルブ１１が配設された排水素用配管１２が循環水素用配管８に分岐して設けられている。
【００２４】
そして、燃料電池本体２には、当該燃料電池本体２で発電した電力を消費する外部負荷１３が接続されている。具体的には、外部負荷１３として例えばインバータが燃料電池本体２に接続され、燃料電池本体２で発電した電力がこのインバータでエネルギ変換されて駆動モータ等へ供給されるようになっている。この駆動モータは、燃料電池システム１を車両に適用した場合には車両走行の動力として使用されることになる。本実施形態では、前記外部負荷１３に発電量が設定され、該発電量に基づき燃料電池本体２から負荷が負荷電流として取り出される。
【００２５】
燃料電池本体２と外部負荷１３との間には、電圧センサ１４と負荷電流センサ１５とが配設されており、電圧センサ１４によって燃料電池本体２における発電電圧が検出され、負荷電流センサ１５によって燃料電池本体２から外部負荷１３へと供給される負荷電流が検出されるようになっている。
【００２６】
また、燃料電池本体２には、該燃料電池本体２の動作温度を検出する温度センサ１６が配設されている。燃料電池システム１では、燃料電池本体２における反応時に熱が発生するが、図示を省略する冷却機構によって冷却されるとともに、前記温度センサ１６にて燃料電池本体２の動作温度が監視されることによって、最適な温度下での運転が可能とされる。
【００２７】
そして、燃料電池システム１は、本発明の要部となるコントローラ１７を備えている。このコントローラ１７は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ周辺回路等を備え、これらがバスを介して接続されたマイクロプロセッサ構成を有している。このコントローラ１７では、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって、図２に示すように、必要供給原料流量算出手段１８としての機能と、原料供給応答特性設定手段１９としての機能と、目標負荷取出し軌道設定手段２０としての機能と、負荷電流変化予測算出手段２１としての機能と、電圧変化予測算出手段２２としての機能と、目標負荷取出し軌道修正手段２３としての機能とが実現されるようになっている。
【００２８】
必要供給原料流量算出手段１８は、外部負荷１３にて要求され、該外部負荷１３に取り出されるべき負荷電流の電流値（目標負荷値）に基づいて、燃料電池本体２において該目標負荷値を得るために必要な原料ガス、具体的には水素或いは空気の供給流量を算出するものである。
【００２９】
また、原料供給応答特性設定手段１９は、前記必要供給原料流量算出手段１８にて算出された原料ガスの供給流量まで、実際の供給流量を増加させる場合の応答特性を、水素及び空気のそれぞれについて設定し、これらからさらに目標応答特性を設定するものである。目標応答特性は、例えば水素及び空気のそれぞれについて設定について設定された応答特性のうち、遅い方が選択されて設定される。
【００３０】
また、目標負荷取出し軌道設定手段２０は、前記原料供給応答特性設定手段１９にて設定された目標応答特性に基づいて、目標負荷値を外部負荷１３が取り出す軌道（目標負荷軌道）を設定するものである。
【００３１】
また、負荷電流変化予測算出手段２１は、前記目標負荷取出し軌道設定手段２０にて設定された目標負荷軌道に基づいて、将来の負荷電流の変化を算出するものである。
【００３２】
また、電圧変化予測算出手段２２は、前記負荷電流変化予測算出手段２１にて算出された目標負荷電流の変化と、その時の燃料電池本体２の状態とに基づいて、燃料電池本体２における将来の電圧変化を予測するものである。
【００３３】
また、目標負荷取出し軌道修正手段２３は、前記電圧変化予測算出手段２２にて予測された電圧変化の大きさに基づいて、前記目標負荷取出し軌道設定手段２０にて設定された目標負荷軌道を修正するものである。
【００３４】
燃料電池システム１では、前記コントローラ１７での処理により、原料ガスの目標応答特性に基づいて、外部負荷１３が目標負荷値を取り出す目標負荷軌道が設定される。そして、この目標負荷軌道から、負荷電流の変化と燃料電池本体２の電圧の変化とを予測し、この予測に基づいて前記目標負荷軌道を修正する必要がある場合には修正し、新たな軌道にて負荷電流が取り出されるようになっている。また、燃料電池システム１では、前記燃料電池本体２の電圧の変化の予測が、燃料電池本体２の状態、例えば温度センサ１６にて検出される動作温度等に応じて行われている。
【００３５】
以上のような燃料電池システム１によれば、原料ガスの目標応答特性から目標負荷軌道を設定するようにしたため、原料が必要量まで増加される際の該原料の応答に合わせて負荷取り出し、すなわち外部負荷１３への負荷電流の供給が行われる。したがって、負荷が過渡的に増加変化する際に、燃料電池本体２において原料不足による電圧低下を防止することができる。
【００３６】
また、燃料電池システム１によれば、燃料電池本体２の状態に基づいて予測された将来の電圧変化から外部負荷１３による負荷取出しが行われるため、目標負荷軌道がその時の燃料電池本体２の運転状態に適合しているかどうかを判断することができるようになる。そして、適合していない場合、具体的には、燃料電池本体２の電圧予測値が電圧下限値を下回るような場合には、外部負荷１３による負荷取出しの軌道が修正され、その新たな目標負荷軌道で負荷取出しが行われる。したがって、負荷が過渡的に増加変化する際に、その時の燃料電池本体２の運転状態に応じて応答良く負荷を取り出すことができるようになるとともに、燃料電池本体２の電圧が下限値以下となって電池自体にダメージを及ぼすことを防止することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。この第２の実施形態の燃料電池システムは、基本構成が前記第１の実施形態の燃料電池システム１と同様であるが、コントローラ３０における処理内容が前記第１の実施形態の燃料電池システム１と異なるものである。以下、この第２の実施形態の燃料電池システムの特徴点であるコントローラ３０の処理内容について説明する。なお、前記第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３８】
第２の実施形態の燃料電池システムが備えるコントローラ３０は、前記燃料電池システム１が備えるコントローラ１７と同様のマイクロプロセッサ構成を有している。そして、コントローラ３０では、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって、同図に示すように、前記コントローラ１７と同様に、必要供給原料流量算出手段１８としての機能と、原料供給応答特性設定手段１９としての機能と、目標負荷取出し軌道設定手段２０としての機能と、負荷電流変化予測算出手段２１としての機能と、電圧変化予測算出手段２２としての機能と、目標負荷取出し軌道修正手段２３としての機能とが実現されるようになっており、さらにこれら各機能に加え、電圧補正量算出手段３１としての機能と、負荷電流補正量算出手段３２としての機能とが実現されるようになっている。
【００３９】
電圧補正量算出手段３１は、前記電圧変化予測手段２２において予測された燃料電池本体２の電圧変化において所定の電圧下限値を下回ることがある場合に、燃料電池本体２の電圧が下限値以上となるように電圧の補正量を算出するものである。
【００４０】
また、負荷電流補正量算出手段３２は、前記電圧補正量算出手段３１で算出された電圧補正量と、その時の燃料電池本体２の状態とに基づく負荷電流の補正量を算出するものである。
【００４１】
そして、このコントローラ３０では、目標負荷取出し軌道修正手段２３が、負荷電流補正量算出手段３２で算出された負荷電流の補正量に基づいて、前記目標負荷取出し軌道設定手段２０にて設定された目標負荷軌道を修正する。
【００４２】
以上のようなコントローラ３０を有する燃料電池システムでは、コントローラ３０での処理により、燃料電池本体２での電圧変化が所定の電圧下限値を下回る場合に、下限値を上回るような電圧と負荷電流の補正量が算出される。そして、算出された負荷電流の補正量に基づいて目標負荷軌道が修正され、新たな目標負荷軌道にて負荷取出しが行われるようになっている。また、本実施形態の燃料システムでは、前記負荷電流の補正量の算出が、燃料電池本体２の状態に基づいて行われている。
【００４３】
以上のような第２の実施形態の燃料電池システムによれば、負荷が過渡的に増加変化する際に、燃料電池本体２における電圧変化の予測値が電圧下限値を下回るような場合であっても、常に下限値以上となるように、燃料電池本体２の状態に基づいて負荷取出しの軌道が修正されるため、燃料電池本体２において原料不足を起こし、電圧低下によって電池自体にダメージを及ぼすことを防止することができる。また、負荷が過渡的に増加変化する際に、燃料電池電圧が過渡的に低下することが防止できるとともに、負荷取り出し軌道の修正を最小限に抑えて負荷応答を必要以上に遅らせることがないようにすることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図４を参照して説明する。この第３の実施形態の燃料電池システムは、基本構成が前記第１及び第２の実施形態の燃料電池システム１と同様であるが、コントローラ４０における処理内容が前記第１及び第２の実施形態と異なるものである。以下、この第３の実施形態の燃料電池システムの特徴点であるコントローラ４０の処理内容について説明する。なお、前記第１及び第２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
第３の実施形態の燃料電池システムが備えるコントローラ４０は、前記燃料電池システム１が備えるコントローラ１７と同様のマイクロプロセッサ構成を有している。そして、コントローラ４０では、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって、同図に示すように、前記のような必要供給原料流量算出手段１８としての機能と、原料供給応答特性設定手段１９としての機能と、目標負荷取出し軌道設定手段２０としての機能と、負荷電流変化予測算出手段２１としての機能と、電圧変化予測算出手段２２としての機能と、目標負荷取出し軌道修正手段２３としての機能と、電圧補正量算出手段３１としての機能と、負荷電流補正量算出手段３２としての機能とが実現されるようになっており、これら各機能に加え水素供給量補正手段４１としての機能と、水素供給応答特性修正手段４２としての機能と、空気供給量補正手段４３としての機能と、空気供給応答特性修正手段４４としての機能と、原料応答特性修正手段４５としての機能とが実現されるようになっている。
【００４６】
水素供給量補正手段４１は、前記負荷電流補正量算出手段３２の算出結果によって補正される前の、負荷電流変化予測手段２１において変化が予測される負荷電流と、実際の負荷電流、具体的には負荷電流センサ１５にて検出された負荷電流とが一致するように、燃料電池本体２に供給される水素流量を補正するものである。このように水素供給量補正手段４１において水素流量を補正するために実行される補正操作としては、パージバルブ１１の開度操作、水素循環ポンプ１０の回転数操作及び水素供給バルブ８の開度操作があり、水素供給量補正手段４１では、これら各操作のうちから一つ以上の操作を選択し、選択されたパージバルブ１１、水素循環ポンプ１０或いは水素供給バルブ８の操作量を算出する。
【００４７】
また、水素供給応答特性修正手段４２は、前記水素供給量補正手段４１にて選択された補正操作に基づいて、前記原料供給応答特性設定手段１９にて設定された水素の応答特性を修正するものである。
【００４８】
また、空気供給量補正手段４３は、前記負荷電流補正量算出手段３２の算出結果によって補正される前の、負荷電流変化予測手段２１において変化が予測される負荷電流と、実際の負荷電流とが一致するように、燃料電池本体２に供給される空気流量を補正するものである。このように空気供給量補正手段４３において空気流量を補正するために実行される補正操作としては、空気供給装置４の回転数操作や空気極圧力調整バルブの開度操作があり、空気供給量補正手段４３では、これら各操作のうちから一つ以上の操作を選択し、選択された空気供給装置４や空気極圧力調整バルブの操作量を算出する。
【００４９】
また、空気供給応答特性修正手段４４は、前記空気供給量補正手段４３にて選択された補正操作に基づいて、前記原料供給応答特性設定手段１９にて設定された空気の応答特性を修正するものである。
【００５０】
また、原料応答特性修正手段４５は、前記水素供給応答特性修正手段４２で修正された水素の応答特性と、前記空気供給応答特性修正手段４４で修正された空気の応答特性とのうち、より遅い応答特性を選択し、その選択した応答特性に前記原料供給応答特性設定手段１８にて設定された目標応答特性を修正するものである。
【００５１】
以上のようなコントローラ４０を有する燃料電池システムでは、コントローラ４０での処理により、燃料電池本体２での電圧変化が所定の電圧下限値を下回る場合、目標負荷軌道が修正されるだけでなく、修正前の目標負荷軌道を実現する原料流量となるように、原料流量を増加するような流量の補正操作が実行され、各原料の応答特性が流量増加後の応答特性に修正される。そして、これら新たな各原料の応答特性のうち遅い方の応答特性が新たな目標応答特性として設定される。
【００５２】
ここで、以上のようなコントローラ４０による処理の一例について、図５のフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００５３】
まず、一回でもこの動作フローが実行されたか否かを判定するフラグ（ＦＬＡＧ＿Ａ）がチェックされる（ステップＳ１）。前記フラグの値が１の場合、すなわち１回以上、この動作フローが実行されている場合には、後述するステップＳ４へと進む。前記フラグの値が０の場合、すなわちこの動作フローが１回も実行されていない場合には、コントローラ４０が原料供給応答特性設定手段１９として機能して、原料ガスの目標応答特性が設定される（ステップＳ２）。この目標応答特性は、本実施形態では必要供給原料流量算出手段１８として機能したコントローラ４０において目標負荷値と原料ストイキ比とから算出される必要な原料流量に基づいて算出される。
【００５４】
なお、本実施形態では、予め実験で各原料の応答特性を測定して、一次遅れ特性で近似して記憶させておき、これらに基づき前記ステップＳ２における目標応答特性の設定が行われる。また、前記必要な原料流量は、下記式（１）或いは式（２）を用いて算出する。
【００５５】
必要な水素流量［Ｌ／ｍｉｎ］＝反応に必要な水素流量［Ｌ／ｍｉｎ］×水素ストイキ比・・・式（１）
但し、反応に必要な水素流量［Ｌ／ｍｉｎ］＝負荷電流［Ａ］×係数×セル数とする。ここで、係数＝０．００６９６＝（１/ファラデー定数）／２×２２．４［Ｌ／ｍｏｌ］×６０、セル数＝２７０であり、ファラデー定数＝９．６４８４５６×１０４［ｃ／ｍｏｌ］である。
【００５６】
必要な空気流量［Ｌ／ｍｉｎ］＝反応に必要な空気流量［Ｌ／ｍｉｎ］×空気ストイキ比・・・式（２）
但し、反応に必要な空気流量［Ｌ／ｍｉｎ］＝反応に必要な酸素流量［Ｌ／ｍｉｎ］／空気中の酸素の割合とし、反応に必要な酸素流量［Ｌ／ｍｉｎ］＝係数×負荷電流［Ａ］×セル数、空気中の酸素の割合＝０．２１とする。ここで、係数＝０．０３４８＝０．０６９２／２、セル数＝２７０である。
【００５７】
ここで、これら水素と空気とのうち、遅いほうの応答特性が目標応答特性として設定されるが、どちらの応答が速いかはシステム構成により依存する。通常、コンプレッサやブロワ等からなる空気供給装置によって供給される空気の方が応答が遅く、本実施形態でも空気の方が水素よりも応答が遅いため、この空気の供給応答特性が前記ステップＳ２における目標応答特性として設定される。
【００５８】
次に、コントローラ４０が目標負荷取出し軌道設定手段２０として機能し、前記ステップＳ２にて設定された目標応答特性と一致する応答特性の負荷軌道が目標負荷軌道として設定される（ステップＳ３）。本実施形態では、前記目標応答特性が一次遅れ関数で近似したので、目標負荷軌道も同じ時定数を有する一次遅れ関数として設定される。
【００５９】
次に、コントローラ４０が負荷電流変化予測算出手段２１として機能し、前記ステップＳ３にて設定された目標負荷軌道に基づいて、将来の負荷電流の変化（目標負荷電流）が予測、算出される（ステップＳ４）。本実施形態では、前記目標負荷軌道が一次遅れ関数なので、目標負荷電流は時系列に算出することができる一次遅れ関数となる。このため、目標負荷電流は、前記負荷電流変化予測算出手段２１にて所定の将来時刻まで予測され、且つ算出することが可能となる。
【００６０】
次に、コントローラ４０が電圧変化予測算出手段２２として機能し、前記ステップＳ４にて予測、算出された目標負荷電流の予測値を用いて、燃料電池本体２における電圧の変化が予測される（ステップＳ５）。本実施形態では、燃料電池システムの電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を参照することによって、前記電圧の変化を予測している。Ｉ−Ｖ特性は、図６に示すように、燃料電池本体２の動作温度に応じて複数用意しておけば、例えば温度センサ１６にて検出される燃料電池本体２の動作温度に応じて電圧の変化を予測することができる。
【００６１】
そして、前記電圧の変化が、下限値を下回ることがあるかどうかが判定される（ステップＳ６）。下限値を下回ることがない場合には、次の制御周期にて再度ステップＳ２から処理が開始されるように識別変数ＦＬＡＧ＿Ａに０を代入して（初期化）（ステップＳ７）、以降再び各処理が繰り返されるよう処理される。これに対し、下限値を下回ることがある場合には、コントローラ４０が電圧補正量算出手段３１として機能し、燃料電池本体２の電圧を下限値以上とする電圧の補正量が算出される（ステップＳ８）。
【００６２】
次に、コントローラ４０が負荷電流補正量算出手段３２として機能し、前記ステップＳ８にて算出された電圧補正量に基づいて負荷電流補正量が算出される（ステップＳ９）。本実施形態では、この負荷電流補正量の算出は、前記ステップＳ５での電圧変化予測と同様に、燃料電池システムのＩ−Ｖ特性（図６参照）を参照して算出するようにしている。
【００６３】
その後、コントローラ４０が目標負荷取出し軌道修正手段２３として機能し、前記ステップＳ９にて算出された負荷電流補正量に基づいて、前記ステップＳ３にて設定した目標負荷軌道が修正される（ステップＳ１０）。本実施形態では、図７に示すように、目標負荷電流の軌道と目標負荷軌道とは同じ応答特性を有しているため、まず負荷電流補正量に基づいてステップＳ４で算出された目標負荷電流を修正し、この修正した目標負荷電流の軌道の応答特性の形状を、目標負荷軌道の応答特性とするようにして目標負荷軌道を修正している。
【００６４】
さらに、コントローラ４０においては、目標負荷軌道の修正とともに、前記ステップＳ２にて設定された原料ガスの供給流量の目標応答特性の修正が行われる。まず、コントローラ４０では、水素供給量補正手段４１として機能することによって、前記ステップＳ９にて算出された負荷電流補正量による補正前、すなわち前記ステップＳ４にて算出された目標負荷電流と、負荷電流センサ１５にて検出された実際の負荷電流とを一致させるために実行される水素流量の補正操作が選択され、その選択操作における操作量が算出される（ステップＳ１１）。本実施形態では、パージバルブ１１の開度操作、水素循環ポンプ１０の回転数操作及び水素供給バルブ８の開度操作のうち、パージバルブ１１の開度操作が選択されて実行される。また、このパージバルブ１１の開度操作が飽和した場合、すなわちパージバルブ１１を最大開度となるまで操作しても前記ステップＳ４にて算出された目標負荷電流と実際の負荷電流とが一致せず水素流量が不足する場合には、水素循環ポンプ１０の回転数操作が実行され、水素循環ポンプ１０の回転数操作が飽和した場合には、水素供給バルブ８の開度操作が実行されるようになされている。
【００６５】
なお、本実施形態では、負荷電流の補正（ステップＳ９）によって応答が遅くなった分を補償することに重点を置き、この応答遅延が効率よく解消されるように水素供給応答（システム構成により異なるので予め実験を行って調べておく）が速い順に前記各補正操作を選択して実行しているが、このような順番に限定されるものではなく、例えば燃費に重点を置いて消費電力の少ない順に選択するようにしてもよい。
【００６６】
次に、コントローラ４０が水素供給応答特性修正手段４２として機能し、前記ステップＳ１１にて算出された操作量の補正操作に基づいて、前記目標応答特性の設定に際して用いられた水素の応答特性が修正される（ステップＳ１２）。本実施形態では、予め実験から応答特性を測定しておき、これをコントローラ４０に記憶させておいて参照するようにしている。
【００６７】
そして、コントローラ４０においては、前記水素の応答特性の修正だけでなく、空気の応答特性の修正も行われる。コントローラ４０では、空気供給量補正手段４３として機能することによって、前記ステップＳ４にて算出された目標負荷電流と実際の負荷電流とを一致させるために実行される空気流量の補正操作が選択され、その選択操作における操作量が算出される（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、空気供給装置４の回転数操作や空気極圧力調整バルブの開度操作のうち、一つ以上の操作を選択するが、本実施形態では空気極圧力調整バルブを設けていないので、空気供給装置４の回転数操作が実行される。なお、空気極圧力調整バルブが設けられており、且つ負荷電流の補正（ステップＳ９）によって応答が遅くなった分を補償することに重点を置く場合には、まず空気極圧力調整バルブの開度操作を選択して実行し、この空気極圧力調整バルブの開度操作が飽和したら空気供給装置４の回転数操作を実行するようにしてもよく、燃費に重点を置いて消費電力の少ない順に選択するようにしてもよい。
【００６８】
次に、コントローラ４０が空気供給応答特性修正手段４４として機能し、前記ステップＳ１３にて算出された操作量の補正操作に基づいて、前記目標応答特性の設定に際して用いられた空気の応答特性が修正される（ステップＳ１４）。本実施形態では、予め実験から応答特性を測定しておき、これをコントローラ４０に記憶させておいて参照するようにしている。
【００６９】
そして、コントローラ４０が原料応答特性修正手段４５として機能し、前記ステップ１２で修正された水素の応答特性と前記ステップＳ１４で修正された空気の応答特性とが比較され、より遅いほうの応答特性が選択されて、前記ステップＳ２にて設定された目標応答特性と入れ替えることによって目標応答特性が修正される（ステップＳ１５）。
【００７０】
最後に、次の制御周期にてステップＳ４から処理が開始されるように識別変数ＦＬＡＧ＿Ａに１が代入され（ステップＳ１６）、以降再び各処理が繰り返されるよう処理される。
【００７１】
以上のような第３の実施形態の燃料電池システムによれば、負荷電流補正量算出手段３２による補正前に負荷電流変化予測算出手段２１の出力と、負荷電流センサ１５にて検出された実際の負荷電流とが一致するように、複数ある補正操作から一つ以上を選択して実行し、原料ガスの供給流量を補正するようにしたため、負荷が過渡的に増加変化した場合でも、燃料電池本体２における原料不足を低減することができる。
【００７２】
また、目標負荷軌道の修正とともに、原料流量の目標応答特性の修正を行うようにしたため、修正前に目標負荷軌道に応じた速い応答が実現され、負荷が過渡的に増加変化した場合の燃料電池本体２における原料不足をより効果的に低減することができるようになるとともに、原料ガスの流量を増加する補正後には目標応答特性を速くすることが可能となり、原料不足に起因する電圧低下によって電池自体にダメージを及ぼすことを防止でき、且つ負荷応答を必要以上に遅らせることがないようにすることができる。
【００７３】
さらに、複数の補正操作、具体的には水素流量の補正する場合にはパージバルブ１１の開度操作、水素循環ポンプ１０の回転数操作及び水素供給バルブ８の開度操作、空気流量を補正する場合には空気供給装置４の回転数操作や空気極圧力調整バルブの開度操作のうちから一つ以上を選択して実行するようにしたため、ある一つの操作範囲が飽和に達した場合でも、引き続き他の操作を実行することによって、より大きな負荷変化にも対応することができるようになり、対応可能な負荷変化の範囲を拡大することができる。
【００７４】
また、水素供給量補正手段４１及び空気供給量補正手段４３によって各原料流量を増加するよう補正した場合、例えばパージバルブ１１の開度を増加するようにすると、燃料電池本体２の水素極の入口側と出口側の圧力差が拡大し、水素供給応答特性が速くなるよう作用する。同様な作用は、水素循環ポンプ１０の回転数等を増加した場合や、空気流量を増加するように補正操作を実行した場合にもみられる。本実施形態では、このような各原料ガスの応答特性が速くなるような補正操作を実行した場合であっても、水素供給応答特性修正手段４２及び空気供給応答特性修正手段４４によって前述のような応答変化を考慮して各原料の応答特性が修正されるため、原料ガスの増加変化が燃料電池本体２に到達するまでの時間遅れを修正することができるようになる。また、本実施形態では、負荷取り出しの目標負荷軌道が目標応答特性に基づいて設定されているため、前述のように各原料ガスの応答特性を修正することで、負荷応答を必要以上に遅らせることがないようにすることができる。また、原料応答特性修正手段４５によって、新たな水素の応答特性と空気の応答特性とのうち遅いほうが選択されて目標応答特性とされるため、燃料電池本体２において水素不足のみが起こる、或いは空気不足のみが起こるといった一方の原料は十分に供給されているが、他方の原料が不足するという事態の発生を防止することができるようになる。
【００７５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図８を参照して説明する。この第４の実施形態の燃料電池システムは、基本構成が前記第１乃至第３の実施形態の燃料電池システム１と同様であるが、コントローラ５０における処理内容が前記各実施形態と異なるものである。以下、この第４の実施形態の燃料電池システムの特徴点であるコントローラ５０の処理内容について説明する。なお、前記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７６】
第４の実施形態の燃料電池システムが備えるコントローラ５０は、前記燃料電池システム１が備えるコントローラ１７と同様のマイクロプロセッサ構成を有している。コントローラ５０では、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって、同図に示すように、前記のような必要供給原料流量算出手段１８としての機能と、原料供給応答特性設定手段１９としての機能と、目標負荷取出し軌道設定手段２０としての機能と、負荷電流変化予測算出手段２１としての機能と、電圧変化予測算出手段２２としての機能と、目標負荷取出し軌道修正手段２３としての機能と、電圧補正量算出手段３１としての機能と、負荷電流補正量算出手段３２としての機能と、水素供給量補正手段４１としての機能と、水素供給応答特性修正手段４２としての機能と、空気供給量補正手段４３としての機能と、空気供給応答特性修正手段４４としての機能と、原料応答特性修正手段４５としての機能とが実現されるようになっており、これら各機能に加え目標電圧軌道設定手段５１としての機能と、負荷制御モード選択手段５２としての機能が実現されるようになっている。
【００７７】
目標電圧軌道設定手段５１は、前記電圧補正量算出手段３１によって算出された電圧補正量に基づいて目標電圧軌道を設定するものである。
【００７８】
負荷制御モード選択手段５２は、前記電圧補正量算出手段３１によって算出された電圧補正量に応じて、前記目標負荷取出し軌道修正手段２３又は前記目標電圧軌道設定手段５１の何れを実行するかを選択するものである。具体的には、負荷制御モード選択手段５２は、電圧補正量が所定値を超える場合には目標電圧軌道設定手段５１を選択して実行するようにし、電圧補正量が所定値を超えない場合には目標負荷取出し軌道修正手段２３を選択して実行するようにする。
【００７９】
以上のようなコントローラ５０を有する燃料電池システムでは、コントローラ５０での処理により、電圧補正量が所定値を超える場合に、前述の第２及び第３の実施形態における負荷電流の補正量に基づく目標負荷軌道の修正は実行されず、目標電圧軌道設定手段５１にて設定された目標電圧軌道に基づいて水素供給量補正手段４１及び空気供給量補正手段４３での補正操作の操作量の算出が行われる。このとき、水素供給量補正手段４１及び空気供給量補正手段４３では、前記目標電圧軌道と実際の燃料電池本体２の電圧、具体的には電圧センサ１４にて検出された電圧とが一致するように一つ以上の補正操作が選択され、その操作量が算出される。
【００８０】
ここで、以上のようなコントローラ５０による処理の一例について、図９のフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００８１】
まず、図示は省略しているが、この動作フローが実行されたか否かを判定するフラグ（ＦＬＡＧ＿Ａ）がチェックされ、このフラグの値が０の場合には原料ガスの目標応答特性が設定される（ステップＳ２１）。次に、目標負荷軌道が設定され（ステップＳ２２）、この目標負荷軌道に基づいて目標負荷電流が算出される（ステップＳ２３）。そして、目標負荷電流の予測値を用いて、燃料電池本体２における電圧の変化が予測され（ステップＳ２４）、この電圧の変化が、下限値を下回ることがあるかどうかが判定される（ステップＳ２５）。下限値を下回ることがない場合には、次の制御周期にて再度ステップＳ２３から処理が開始されるように識別変数ＦＬＡＧ＿Ａに０を代入して（初期化）（ステップＳ２６）、以降再び各処理が繰り返されるよう処理され、下限値を下回ることがある場合には、燃料電池本体２の電圧を下限値以上とする電圧の補正量が算出される（ステップＳ２７）。
【００８２】
そして、前記ステップＳ２７にて算出された電圧補正量が所定値を超えるかどうかが判定される（ステップＳ２８）。電圧補正量が所定値を超える場合には、まず、コントローラ５０が負荷制御モード選択手段５２として機能し、目標電圧軌道設定手段５１としての機能を実行することを選択する。そして、コントローラ５０が目標電圧軌道設定手段５１として機能することにより、燃料電池本体２の電圧を下限値以上に復帰させる目標電圧軌道が設定される（ステップＳ２９）。本実施形態では、図１０に示す燃料電池システムのＩ−Ｖ特性を参照することによって、目標電圧軌道を算出し、設定している。
【００８３】
次に、コントローラ５０が水素供給量補正手段４１として機能し、前記ステップＳ２９にて設定された目標電圧軌道と電圧センサ１４にて検出された実際の燃料電池本体２の電圧とを一致させるために実行される水素流量の補正操作が選択され、その選択操作における操作量が算出される（ステップＳ３０）。なお、前記補正操作は、第３の実施形態における補正操作と同様である。そして、この操作量の補正操作に基づいて水素の応答特性が修正される（ステップＳ３１）。
【００８４】
次に、コントローラ５０では、目標電圧軌道と実際の燃料電池本体２の電圧とを一致させるために実行される空気流量の補正操作が選択され、その選択操作における操作量が算出される（ステップＳ３２）そして、この操作量の補正操作に基づいて空気の応答特性が修正される（ステップＳ３３）。さらに、前記ステップ３１で修正された水素の応答特性と前記ステップＳ３３で修正された空気の応答特性とが比較され、より遅いほうの応答特性が選択されて、前記ステップＳ２１にて設定された目標応答特性と入れ替えることによって目標応答特性が修正され（ステップＳ３４）、その後、次の制御周期にてステップＳ２３から処理が開始されるように識別変数ＦＬＡＧ＿Ａに１が代入され（ステップＳ３５）、以降再び各処理が繰り返されるよう処理される。
【００８５】
また、電圧の補正量が所定値を超えない場合には、まず、コントローラ５０が負荷制御モード選択手段５２として機能し、負荷電流補正量算出手段３２としての機能を実行することを選択する。そして、コントローラ５０が負荷電流補正量算出手段３２として機能し、前記ステップＳ２７にて算出された電圧補正量に基づいて負荷電流補正量が算出される（ステップＳ３６）。その後、コントローラ５０が目標負荷取出し軌道修正手段２３として機能して、目標負荷軌道が修正され（ステップＳ３７）、以降は前記ステップＳ３０乃至ステップＳ３５の処理が実行される。なお、負荷制御モード選択手段６１にて負荷電流補正量算出手段３２が選択された場合には、ステップＳ３０とステップＳ３２とでは目標負荷電流と実際の負荷電流とを一致させるために実行される補正操作が選択され、その選択操作における操作量が算出される。
【００８６】
以上のような第４の実施形態の燃料電池システムによれば、負荷が過渡的に増加変化する際に、燃料電池本体２の原料不足を低減することができる。また、電圧補正量が所定値を超える場合、すなわち電圧低下が著しい状況になっている場合には、目標電圧軌道設定手段５１を選択して燃料電池本体２の電圧低下防止に重点を置いた制御が実行されるため、燃料電池本体２の電圧が下限値を下回ることで電池自体にダメージを及ぼすことをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラで実現される各機能を示す機能ブロック図である。
【図３】第２の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラで実現される各機能を示す機能ブロック図である。
【図４】第３の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラで実現される各機能を示す機能ブロック図である。
【図５】第３の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラによる処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラにおいて、電圧変化を予測する方法を説明するための図である。
【図７】第３の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラにおいて、目標負荷軌道を修正する方法を説明するための図である。
【図８】第４の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラで実現される各機能を示す機能ブロック図である。
【図９】第４の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラによる処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第４の実施形態に係る燃料電池システムのコントローラにおいて、目標電圧軌道を算出、設定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１燃料電池システム
２燃料電池本体
４空気供給装置
７水素供給装置
１０水素循環ポンプ
１１パージバルブ
１３外部負荷
１４電圧センサ
１５負荷電流センサ
１７、３０、４０、５０コントローラ
１８必要供給原料流量算出手段
１９原料供給応答特性設定手段
２０目標負荷取出し軌道設定手段
２１負荷電流変化予測算出手段
２２電圧変化予測算出手段
２３目標負荷取出し軌道修正手段
３１電圧補正量算出手段
３２負荷電流補正量算出手段
４１水素供給量補正手段
４２水素供給応答特性修正手段
４３空気供給量補正手段
４４空気供給応答特性修正手段
４５原料応答特性修正手段
５１目標電圧軌道設定手段
５２負荷制御モード選択手段

Claims

燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に原料ガスである水素を供給する水素供給装置と、
前記燃料電池本体に原料ガスである空気を供給する空気供給装置と、
所定の負荷電流に基づき必要な原料ガスの前記燃料電池本体への供給流量を算出する必要供給原料流量算出手段と、
実際の供給流量が、前記必要な供給流量まで増加する際の各原料ガスの応答特性に基づいた目標応答特性を設定する原料供給応答特性設定手段と、
前記目標応答特性に基づき、前記燃料電池本体から前記所定の負荷電流を取り出す軌道を設定する目標負荷取出し軌道設定手段と、
前記所定の負荷電流を取り出す軌道に基づき、将来の負荷電流の変化を算出する負荷電流変化予測算出手段と、
前記将来の負荷電流の変化と前記燃料電池本体の状態とに基づき、前記燃料電池本体の将来の電圧変化を予測する電圧変化予測算出手段と、
前記電圧変化の大きさに基づき、目標負荷取出し軌道設定手段にて設定した軌道を修正する目標負荷取出し軌道修正手段とを備え、
前記目標負荷取出し軌道修正手段にて修正された新たな軌道で前記所定の負荷電流が前記燃料電池本体から取り出されることを特徴とする燃料電池システム。
前記電圧変化を参照し、前記燃料電池本体の電圧の補正量を算出する電圧補正量算出手段と、
前記電圧の補正量と前記燃料電池本体の状態とに基づき、負荷電流の補正量を算出する負荷電流補正量算出手段とをさらに備え、
前記負荷電流の補正量に基づいて、前記目標負荷取出し軌道修正手段が前記目標負荷取出し軌道設定手段にて設定した軌道を修正することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
前記燃料電池本体から取り出される負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流補正量算出手段の算出結果によって補正される前の負荷電流と、前記負荷電流検出手段にて検出される実際の負荷電流とが一致するように、複数の補正操作から一つ以上を選択し、且つその操作量を算出して水素の供給流量を補正する水素供給量補正手段と、
前記負荷電流補正量算出手段の算出結果によって補正される前の負荷電流と、前記負荷電流検出手段にて検出される実際の負荷電流とが一致するように、複数の補正操作から一つ以上を選択し、且つその操作量を算出して空気の供給流量を補正する空気供給量補正手段とをさらに備え、
前記目標負荷取出し軌道修正手段にて修正前の負荷取りだし軌道を実現する供給流量となるように、水素及び空気の供給流量を補正することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
前記水素の供給流量を補正する補正操作は、パージバルブの開度操作、水素循環ポンプの回転数操作及び水素供給バルブの開度操作であり、
前記空気の供給流量を補正する補正操作は、前記空気供給装置の回転数操作及び空気極圧力調整バルブの開度操作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。
前記水素供給量補正手段にて選択された補正操作に基づいて水素の応答特性を修正する水素供給応答特性修正手段と、
前記空気供給量補正手段にて選択された補正操作に基づいて空気の応答特性を修正する空気供給応答特性修正手段と、
修正された前記水素の応答特性と前記空気の応答特性とのうち、より遅い応答特性を選択して、該選択された応答特性に前記目標応答特性を修正する原料応答特性修正手段とをさらに備え、
修正された前記目標応答特性で前記燃料電池本体に水素及び空気が供給されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
前記燃料電池本体の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧補正量算出手段で算出された電圧の補正量に基づき目標電圧軌道を設定する目標電圧軌道設定手段と、
前記電圧の補正量に応じて、前記目標負荷取出し軌道修正手段又は前記目標電圧軌道設定手段の何れを実行するかを選択する負荷制御モード選択手段とをさらに備え、
前記電圧の補正量が所定値を超える場合に、前記負荷制御モード選択手段により目標電圧軌道設定手段が選択され、前記目標電圧軌道と前記電圧検出手段にて検出される実際の電圧とが一致するように、前記水素供給量補正手段及び前記空気供給量補正手段において前記補正操作の操作量の算出が行われることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。